Рис 12 элементы системы умный дом: Элементы системы домашней автоматизации

Система «Умный дом» | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Черняк, А. А. Система «Умный дом» / А. А. Черняк. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 52 (342). — С. 51-53. — URL: https://moluch.ru/archive/342/77055/ (дата обращения: 15.10.2021).



В статье представлена технология подключения устройств, разделение устройств на группы и их описание.

Ключевые слова:



умный дом, система управления, датчики, исполнительные элементы, контроллеры.

В настоящее время «Умный дом» самая популярная технология. Система «Умный дом» — создает для человечества безопасные и комфортные условия для жизни. Она управляет жильем и подстраивается под его обитателей.

На рисунке представлена технология подключения устройств «Умного дома».

Рис. 1. Технология подключения устройств «Умного дома»

Элементы «Умного дома» делятся на несколько групп.

−

Первая группа:

датчики, которые получают и передают информацию системе (температура воздуха, движение по дому, уровень влажности). Функции, которые выполняют устройства первой группы можно сравнить с органами чувств человека;

−

Вторая группа:

устройства, которые вносят изменения (подогрев пола, включение/выключение кондиционера, освещения). Функции устройств второй группы можно сравнить с руками человека.

−

Третья группа:

контроллеры, которые получают информацию от датчиков (первая группа) и передают второй группе устройств. К примеру, если первая группа зафиксировала, что солнце село, то контроллер определяет, что необходимо закрыть жалюзи, тем самым передает информацию второй группе.

Работа по установке системы

− Составить проект «Умный дом», исходя из планировки дома или квартиры;

− Выбрать необходимые устройства и датчики, для комфорта и безопасности;

− Оснастить контроллер;

− Подготовить контроллер;

− Настроить интернет-соединение;

− Настроить видеонаблюдение;

− Подключить систему сигнализации;

− Выполнить соединение всех необходимых датчиков, исполнительных устройств и контроллеров.

− По завершению подключения всего оборудования, проверить систему.

После составления проекта «Умный дом» нужно выбрать центральный блок управления. Для обеспечения простоты использования системы, в качестве блока управления, желательно выбирать стационарный ПК.

Система «Умный дом» обладает разными профилями управления и подходит различным пользователям.

Рис. 2. Иллюстрация к понятию «Умный дом»

Прежде чем приступить выбору оборудования, необходимо провести анализ рынка. Основные критерии для оборудования:

− безотказность — свойство оборудования, не переставая сохранять рабочее состояние, в разных режимах эксплуатации;

− ремонтопригодность — свойство устройства, приспособленность к обнаружению, устранению и восстановлению работоспособного состояния;

− стоимость — низкая, средняя, высокая;

− отзывы — оценка, эксплуатирующих устройство;

− простота настройки и установки.

Одним из ключевых преимуществ системы умного дома, является единое приложение, которое объединяет в себе управление всей системой. В нее входят такие направления как: видеонаблюдение, управление и контроль энергосбережения, управление освещением, контроль и защита от протечки, охранно-пожарная система, управление климатом, управление бытовой техникой. Каждое из них имеет ряд своих преимуществ.

Система «Умный дом» дает массу преимуществ, от комфортабельности до наивысшей безопасности. Не обязательно покупать комплект на весь дом сразу. Система позволяет выбирать устройства постепенно, к примеру для начала можно установить только систему сигнализации, видеонаблюдение, а через какое-то время датчики температуры, влажности, освещения и т. д.

Таким образом «Умный дом» может быть оснащен различными устройствами и датчиками.

Литература:

1. Носкова, Н. В. Стандарты беспроводных телекоммуникационных сетей [Электронный ресурс]: учеб. пособие / Н. В. Носкова; Сиб. гос. ун-т телекоммуникаций и информатики. — Новосибирск: [б. и.], 2012. — 201с.
2. Журнал про безопасность. URL: https://hran.im/umnyiydom/signalizatsii/ohrannye-signalizatsii-dlya doma.html [Электронный ресурс] (дата обращения 20.11.20).
3. Статья «Умный дом» URL: http://smart-house.kz/airing/ [Электронный ресурс] (дата обращения 20.11.20).
4. URL: http://une-com.ru [Электронный ресурс] (дата обращения 21.11.20).

Основные термины (генерируются автоматически): группа, технология подключения устройств, датчик, дом, контроллер, система, система сигнализации, устройство.

Аналог Тунгусского метеорита стер с лица земли прототип Содома и Гоморры

Археологи, проводящие раскопки на территории поселения бронзового века Телль-эль-Хаммам на восточном берегу реки Иордан, при участии большой группы ученых самых разных специальностей провели подробный анализ артефактов, найденных за время раскопок (начавшихся в 2005 году). Им удалось собрать достаточно убедительные доказательства того, что примерно 3600 лет назад здесь произошло событие, похожее на Тунгусскую катастрофу: характер повреждений кирпичей, черепков и человеческих останков свидетельствует именно о таком сценарии. Взрыв ледяного астероида или гигантского метеорита в атмосфере вызвал мощный выброс энергии, а огонь и ударная волна разрушили город до основания. Ученые считают, что именно это событие послужило поводом для библейской легенды о гибели Содома и Гоморры, описывающей разрушение расположенных недалеко от Мертвого моря городов, на которые упали камни и огонь с неба, что привело к их полному разрушению.

Древнее поселение Телль-эль-Хаммам находилось примерно в 13 км к северо-востоку от северной оконечности Мертвого моря, на территории современной Иордании. Археологи занимались его изучением с середины 1970-х годов, но планомерные раскопки начались только в 2005 году. Тогда ученые и обнаружили темный слой древесного угля, золы, расплавленных кирпичей и глиняной посуды толщиной около 1,5 м, покрывающий всю площадь древнего города и его окрестности. Исследователи условно назвали его «слоем разрушения».

Осколки тысяч различных керамических сосудов в этом слое были перемешаны с оплавленными фрагментами сырцового кирпича, обломками бытовых предметов, обугленными кусками деревянных балок, известняковыми булыжниками, сожженными до меловой консистенции, а также раздробленными на мелкие части костями людей и животных. Все свидетельствовало о произошедшей здесь грандиозной катастрофе. Радиоуглеродные датировки позволили установить, что она произошла примерно в 1650 (±50 лет) году до нашей эры. Тогда, в период среднего бронзового века (1950–1550 годы до н. э.), Телль-эль-Хаммам с территорией около 34 га, по оценкам историков, был крупнейшим городом на юге Леванта. Для сравнения, Иерусалим и Иерихон в то время занимали 4,9 и 4,0 га соответственно. По числу жителей этот город на порядок превосходил Иерусалим и был в пять раз больше Иерихона.

Результаты археологических раскопок, проводившихся в регионе, указывают на то, что эта территория была постоянно заселена на протяжении как минимум 2500 лет до мощного катаклизма, который случился на исходе бронзового века. Помимо Телль-эль-Хаммама ученые обнаружили еще около 120 мелких поселений, которые были разрушены вместе с ним, в том числе — древний Иерихон.

В статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, авторы обобщают результаты мультидисциплинарных исследований, полученные за последние 15 лет, и представляют убедительные доказательства того, что причиной масштабной катастрофы стал взрыв над городом ледяного астероида — космического объекта, аналогичного или даже превосходящего по размерам тот, который взорвался в 1908 году в районе Подкаменной Тунгуски в России. Рабочую группу, в которую входили археологи, геологи, геохимики, геоморфологи, минералоги, палеоботаники, седиментологи, эксперты по импактным событиям и медики — всего 21 специалист из США, Канады и Чехии, — возглавлял археолог Филипп Сильвия (Phillip J. Silvia) из Юго-Западного университета Тринити в Альбукерке, Нью-Мексико.

На первом этапе ученые создали компьютерную модель, с помощью которой проверили достоверность различных сценариев катастрофы — от извержения вулкана и крупного пожара до военных действий. Но ни одно из этих событий не могло создать температуру, при которой плавится металл, сырцовые кирпичи и глиняная посуда. Эксперименты с лабораторными печами показали, что для этого нужен нагрев выше 1500°C, а температура огня при обычном пожаре составляет не более 1100–1200°C. Единственный сценарий, при котором такой нагрев возможен, — столкновение с космическим телом (астероидом или крупным метеоритом).

После этого ученые в течение нескольких лет собирали на месте раскопок вещественные доказательства своей гипотезы. Для анализа состава образцов из слоя разрушения авторы применяли оптическую микроскопию, сканирующую электронную микроскопию (SEM) с энергодисперсионной спектроскопией (EDS), рентгеноспектральный микроанализ (электронный микрозонд), электронную микроскопию со сфокусированным ионным пучком, катодолюминесценцию и нейтронно-активационный анализ.

В слое разрушения ученые обнаружили кристаллы кварца со следами ударного воздействия и агрегаты алмазоподобного углерода; микроскопические сферулы (шарики), обогащенные железом и кремнием, а также состоящие из расплавленного карбоната кальция и гипса; оплавленные кристаллы высокотемпературных минералов — циркона, хромита и кварца. Химический анализ выявил в слое повышенное содержание платины, иридия, никеля, хрома, золота и серебра — элементов, которые редко встречаются в земных породах, но которыми обогащены космические тела.

Полученные доказательства импактного события можно условно объединить в четыре группы: 1) свидетельства высокотемпературного горения; 2) плавление высокотемпературных минералов; 3) ударный метаморфизм высокого давления; 4) раздробленные фрагменты человеческих костей с вкраплениями расплавленного стекла. Разберем их по порядку.

Первыми свидетельствами высокотемпературного горения стали оплавленные фрагменты керамики, извлеченные из обогащенного углем и золой слоя при раскопках. Сразу стало ясно, что дело здесь не в обычном пожаре, при котором керамика обгорает, но не плавится, а в более мощном тепловом воздействии.

Культурные слои города охватывают около трех с половиной тысячелетий — от раннего бронзового века (3300–2300 года до н. э.) до раннеримского периода (63 год до н. э. — 135 год н. э.), и во всех из них присутствуют обломки керамики. Но только в слое разрушения она имеет характерные особенности: внешние части фрагментов керамических сосудов несут следы высокотемпературного плавления — «кипения» керамики с образованием пузыристой корки и слоя гладкого глянцевого стекла, свидетельствующего о моментальном очень сильном нагреве с последующим быстрым охлаждением, — а внутренние части не несут никаких следов теплового воздействия. Часто края фрагментов осколков оплавлены, что говорит о том, что частичное плавление черепков произошло уже после разрушения керамических изделий (рис. 3).

Теоретическая температура плавления керамики составляет от 1300 до 1500°C. Авторы провели лабораторные эксперименты непосредственно на образцах керамики из Телль-эль-Хаммама и получили значение 1400°C для начальной стадии плавления и около 1500°C для получения пузырчатой текстуры вскипания и поверхностного слоя стекла.

Вместе с оплавленными фрагментами керамики в слое разрушения содержатся расплавленные сырцовые кирпичи. Особенно их много в районе дворцового комплекса, стены которого имели толщину от 1 до 2,2 м, а их высота составляла 11–15 м. Археологи предполагают, что дворец имел 4–5 этажей.

При детальном изучении расплавленных сырцовых кирпичей авторы исследования обнаружили в их структуре стекловидные микроволокна с везикулярной (пузырьковой) текстурой в общей расплавленной матрице, содержащей нерасплавленные включения минералов и металлов (рис. 4).

В сырцовых кирпичах за пределами слоя разрушения, на которых нет следов плавления, такие образования отсутствуют. Также расплавленные кирпичи намного тверже нерасплавленных — они царапают стекло, но не оставляют царапин на кварце, то есть их твердость по шкале Мооса находится в интервале от 5,5 до 7. Лабораторные эксперименты показали, что сырцовые кирпичи начинают плавиться при температуре около 1250°C.

Помимо керамики и кирпичей в слое разрушения встречаются куски оплавленной кровельной глины. Глубина плавления на них составляет 1–5 мм от поверхности.

В отдельных случаях фрагменты керамики расположены так, что археологам удалось не только определить их принадлежность одному изделию, но и реконструировать процесс разрушения — восстановить направление движения ударной волны. Обугленные зерна, рассыпавшиеся после разрушения горшков, подчеркивают это направление (рис. 5).

Не менее убедительны и доказательства плавления высокотемпературных минералов в ходе катаклизма. На расплавленной поверхности черепков и кирпичей ученые обнаружили зерна кварца со следами плавления. Некоторые из них оплавлены частично, а некоторые — почти полностью и даже имеют признаки диффузии в расплавленную Ca–Al–Si матрицу керамики или сырцового кирпича. Полностью расплавленные зерна кварца обычно содержат пузырьки, возникшие из-за выделения газа при плавлении. Обычно такое наблюдается только при превышении верхней температуры плавления кварца 1713°C, когда вязкость кварца падает настолько, что он начинает течь.

Слой разрушения содержит также крошечные шарики расплавленного материала (сферулы, рис. 6), в составе которых преобладают оксиды железа (в среднем около 40,2 мас. %) и SiO₂ (в среднем 20,9 мас. %) с примесями элементарного железа, TiO₂, а иногда и редкоземельных элементов. Эксперименты показали, что сплавленные шарики, состоящие преимущественно из оксида железа, образуются при температуре около 1590°C. Но некоторые сферулы из Телль-эль-Хаммама содержат включения значительно более тугоплавких минералов и металлов — циркона (температура плавления 1687°C), кварца (1713°C), платины (1768°C), хромита (2190°C) и иридия (2466°C).

Что касается свидетельств ударного метаморфизма, то в шести образцах из слоя разрушения исследователи обнаружили микроскопические структуры, состоящие из квазиаморфного углерода. При более детальном изучении с помощью методов просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (HRTEM) и электронной дифракции выбранной области (SAD, см. selected area diffraction) выяснилось, что это диамоноиды (или диамондоиды, см. diamondoid) — разновидность наноалмазов, представляющих из себя элементарные ячейки каркасной структуры кристаллической решетки алмаза.

Известно, что наноалмазы возникают в обстановке ударного сжатия, и ранее их наличие стало одним из важнейших свидетельств ударного воздействия при падении космического тела в Абу-Хурейре в Сирии 12 800 лет назад (подробнее см. Одно из древнейших человеческих поселений сохранило следы падения кометы в позднем дриасе, «Элементы», 26.03.2020). Позже было установлено, что все образцы пород из слоя разрушения содержат диамоноиды в количестве до 3 ppm. Отдельные агрегаты диамоноидов встречаются и в виде частиц, расположенных в микрократерах на поверхности подвергшейся ударному воздействию керамики (рис. 7).

Чтобы оценить силу ударной волны, которая, судя по расположению обломков керамики и рассыпанных зерен, подошла к холму, на котором находился город, с юго-запада, авторы изучили характер микротрещин и элементов микродеформации в кварце из слоя разрушения. Природный кварц не имеет видимых кристаллографических трещин определенной ориентации, а только хаотически ориентированные непараллельные трещины, поэтому наличие направленных параллельных трещин в нем всегда говорит о более позднем ударном воздействии. Часть зерен кварца из слоя разрушения действительно имеют систему внутренних параллельных микротрещин (рис. 8).

Плоские микроструктуры в виде параллельных трещин в кварце образуются при относительно невысоких давлениях (начиная с 5 Гпа), но при высокой температуре. Для возникновения структур пластической деформации, которые намного реже присутствуют в микрокристаллах кварца из слоя разрушения в Телль-эль-Хаммаме, нужно давление 8–10 ГПа.

Отсюда исследователи делают вывод о том, что как такового удара об землю не было, а высокая температура и ударная волна, уничтожившие город, были следствием взрыва, произошедшего на определенной высоте над землей, подобного Тунгусскому событию. В Телль-эль-Хаммаме, как в районе Подкаменной Тунгуски, так и не нашли фрагменты самого космического тела. По мнению ученых, это был ледяной астероид или метеорит, который взорвался в атмосфере.

Эта версия неплохо подкрепляется результатами компьютерного моделирования, проведенного в Национальной лаборатории Сандия в США. Когда ледяной болид входит в атмосферу Земли, он подвергается огромному аэродинамическому сопротивлению, в результате чего большая часть объекта фрагментируется в огненный шар, после чего оставшаяся его масса превращается в струю высокотемпературного пара, которая продолжает стремительно двигаться вниз. Достигнув поверхности Земли, она выбивает из нее поверхностные рыхлые отложения и расплавляет их, выбрасывая в атмосферу мельчайшие брызги, застывающие в виде шариков, обогащенных железом и кремнием и содержащих очень малый процент материала самого ударного тела (M. Boslough, 2015. Airburst Modeling).

Наконец, еще одним свидетельством в пользу версии воздушного взрыва космического тела служит характер повреждений человеческих останков в слое разрушения. Ученые предполагают, что ни один из жителей города, в котором, по оценкам историков, на тот момент проживало около 8000 человек, не выжил. Археологи не нашли в Телль-эль-Хаммаме ни одного целого скелета. Самыми крупными находками были несколько отдельных костей рук и ног со следами обугливания на краях и проломленные черепа, все остальные кости встречаются в виде мелких фрагментов, рассредоточенных в рыхлой матрице, состоящей из золы, древесного угля и измельченного сырцового кирпича.

Одна кость, найденная учеными, покрыта сверху застывшими каплями превращенного в стекло расплавленного осадочного материала. Детальные исследования показали, что стекло частично проникло внутрь кости, как бы вплавившись в нее (рис. 9). Исследователи, которые находили подобные образцы в Абу-Хурейре (см. упомянутую новость), предполагают, что такое сплавление стекла с костью происходит при температуре выше 1500°C.

Авторы статьи так описывают предполагаемую картину катастрофы в Телль-эль-Хаммаме. Во время взрыва на высоте около четырех километров над землей образовался огненный шар. Температура была такой, что весь город загорелся мгновенно, через несколько секунд на него обрушилась мощная ударная волна, уничтожившая все постройки, а людей и животных разорвало на куски. Мощность взрыва, по оценкам ученых, в тысячу раз превышала силу атомной бомбы, сброшенной на Хиросиму. Примерно через минуту пламя и ударная волна достигли Иерихона, расположенного в 22 км к западу от Телль-эль-Хаммама. Кроме того, ученые предполагают, что мощный взрыв выбросил огромное количество соли Мертвого моря на бывшие когда-то плодородными земли, сделав их непригодными для земледелия. Археологические данные свидетельствуют о том, что после катастрофы город был частично восстановлен лишь спустя 600 лет, уже в железном веке.

Источник: Ted E. Bunch, Malcolm A. LeCompte, A. Victor Adedeji, James H. Wittke, T. David Burleigh, Robert E. Hermes, Charles Mooney, Dale Batchelor, Wendy S. Wolbach, Joel Kathan, Gunther Kletetschka, Mark C. L. Patterson, Edward C. Swindel, Timothy Witwer, George A. Howard, Siddhartha Mitra, Christopher R. Moore, Kurt Langworthy, James P. Kennett, Allen West & Phillip J. Silvia. A Tunguska sized airburst destroyed Tall el-Hammam a Middle Bronze Age city in the Jordan Valley near the Dead Sea / Scientific Reports. 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-97778-3.

Владислав Стрекопытов

Знакомство с невидимками / Хабр

Автор сообщества Фанерозой, врач Артемий Липилин

Мы находимся в келье старинного монастыря. Через узкое, прорубленное в толстых каменных стенах оконце, пробился луч солнца. На секунду он зажёг мириадами искорок пыль, повисшую в воздухе. Солнечный луч развеял мрак узкой, увенчанной тяжеловесными сводами кельи, осветил массивный крест, висящий на стене и медные застёжки переплёта инкунабулы. На столе обитателя кельи – древние рукописные свитки, множество книг в толстых, потрёпанных временем переплётах. В углу стоят сосуды причудливой формы. На атаноре что-то кипит в большой реторте из мутного стекла.

На обитателе кельи длинная ряса из грубой ткани, перепоясанная верёвкой. Он погружён в чтение какой-то рукописи. Внимательно вчитываясь в слова древнего текста, он смешивает два порошка и высыпает их в ступу, стоящую на огне. Ярко-алое пламя на секунду озаряет стены кельи, а потом всё заволакивают клубы сизого дыма.

Афанасий Кирхер 02.05.1602 — 28.11.1680

Имя этого человека Афанасий Кирхер, он монашествует в ордене иезуитов. Кирхер осмелился нарушить наставления отцов церкви и превратить своё скромное прибежище в настоящую лабораторию.

Справедливости ради стоит отметить, что руководство ордена иезуитов сквозь пальцы смотрело на увлечения наукой среди своих братьев. Большинству из них предстояло отправиться в далёкие колонии и новые земли, чтобы обратить в католическую веру местных жителей и правителей и расширить территорию влияния Престола Святого Петра. А чем можно привлечь к себе новых последователей, если не знанием медицины, географии, агрономии и математики? Поэтому многие из братьев ордена полулегально занимались чтением древних манускриптов и на собственном опыте пытались получить новые, полезные знания. Таким был и наш герой.

Родился он в 1602 году, через два года после сожжения Джордано Бруно, и старался лишний раз не афишировать свои интересы. Хорошо помнил Кирхер и печальную историю великого астронома Галилео Галилея, который упорно отстаивал гелиоцентрическую систему Коперника, усовершенствовал телескоп, впервые описал лунные кратеры и солнечные пятна. В 1633 году после длительного тюремного заключения он был вынужден опуститься на колени перед папскими прелатами и публично отречься от своих убеждений. Свежа была память Кирхера и о голландском враче Ван-Гельмонте.

Ян Баптиста ван Гельмонт 12.01.1579 — 30.12.1644

Он находился в тюремном заключении только за то, что отрицал возможность чудесных исцелений. Так что у Кирхера были основания держать в некотором секрете свои научные изыскания, а под обложками церковных книг скрывать копии запрещённых рукописей не только древних учёных, но и Коперника, Сервета, Бруно.

Афанасий Кирхер преподавал математику во французском городе Авиньоне, изучал историю и географию древнего Египта, и древней Италии. Но приоритет он отдавал естественным наукам, в первую очередь науке о животных и растениях.

Кирхер был глубоко увлечён медициной, пытался выяснить причины болезней. Для того чтобы проникнуть в эти тайны, ему приходилось знакомиться со всеми доступными трудами, а читать при тусклом, колеблющемся свете свечи. От постоянного напряжения ослабело зрение. С каждым днем всё труднее стало разбирать строчки готических букв, всё чаще они сливались в единую серую полосу. Тогда, чтобы помочь себе, Кирхер приобрёл «мудрые стёкла». В его времена они уже не были новинкой. «Мудрыми стёклами» называли тогда очки. Кто их придумал, доподлинно неизвестно, но первые свидетельства о применении этого оптического инструмента относятся к концу XIII века.

«Мудрые стёкла» — современная реконструкция средневековых очков.

Кирхер держит в своих руках прибор, в жестяную оправу которого вставлены большие круглые стёкла. Он приближает их к строчкам и отдаляет, находит оптимальное расстояние, и тогда текст становится наиболее чётким. Его разум занимает мысль: как объяснить это удивительное свойство шлифованных стёкол? Этого он объяснить не сможет, но твёрдо понимает: чем ближе форма стекла к сфере, тем сильнее она увеличивает.

Пройдёт немало времени, прежде чем неизвестный шлифовщик из Авиньона изготовит для Кирхера увеличительное стекло, которое увеличивает не в пять и даже не в десять, а в несколько десятков раз. Счастливый обладатель невиданного по мощности прибора шагает по келье и рассматривает предмет за предметом.

Но вот Кирхер приближается к окну и в ужасе отшатывается – он ясно увидел чудовище, которое ползло по оконному стеклу. Лупа выпадает из рук, но на окне уже никого нет. Что же это было? Муха, обыкновенная комнатная муха, которая попала в поле зрения увлечённого монаха.

Следом за мухой под увеличительное стекло помещается блоха. Но блоха неусидчива: сильный удар задними ножками – и насекомое исчезает из поля зрения. Приходится охотиться за новой и рассматривать её мертвой. Но теперь трудно увидеть детали строения блохи – в ходе поимки она серьёзно изувечена. Впрочем, даже если блоха остаётся невредимой, её всё равно невозможно рассмотреть так же хорошо, как муху, ведь муха сидела на оконном стекле, и её тело пронизывалось светом.

Чтобы решить эту задачу, Кирхер придумал специальный прибор. В один конец полой трубки он ставил обычное стекло, а в другой – свою линзу. Теперь можно поместить живую блоху в трубку и без помех рассматривать её, просто повернув прибор в сторону источника света. Так родилось «блошиное стекло» – первый предок микроскопа.

Чем сильнее увеличивала линза, которую Кирхер вставлял в трубку, тем больше подробностей удавалось рассмотреть в окружающем мире.

«Блошиное стекло» Кирхера.

Прошло два года, и Кирхер объявил, что ему удалось увидеть какие-то невероятно мелкие, не видимые невооружённым глазом живые существа в протухшем мясе, скисшем молоке и даже в крови больных. Эти существа были так малы, что Кирхер не мог разглядеть ни их устройства, ни формы. Поэтому он назвал их «червячками».

Судьба оказалась благосклонна к пытливому монаху. Он прожил долгую жизнь, умер в 1680 году и был похоронен в главной церкви иезуитского ордена Иль-Джезу, рядом с основателем своего ордена Игнатием Лойолой.

В условиях научной революции и эпохи Просвещения, сама принадлежность к ордену Иезуитов и специфика взглядов Кирхера, восходящих к идеалам Ренессанса, привели к тому, что Кирхер стал символом косности, поэтому реабилитация учёного и пересмотр его вклада в науку начались только в 60-х годах XX века.

«Блошиное стекло» Кирхера быстро завоевало популярность, но не как прибор для исследования природы, а как забавная игрушка для праздных людей. Многочисленные шлифовальщики производили увеличительные стёкла и оправляли их в трубки, отделанные золотом и драгоценными камнями. «Блошиные стёкла» стоили огромных по тем временам денег. Обеспеченные люди носили их с собой, соревнуясь в богатстве отделки футляров, а рассматривание насекомых стало модным развлечением в великосветских гостиных.

«Блошиное стекло» Кирхера стало первым шагом к завоеванию человеком микромира. В связи с развитием физики и техники, наука XVII века получила в своё распоряжение «настоящий» микроскоп, который стал могучим орудием познания природы.

Изобретение микроскопа связывается с именами Янсенов, Галилея и Фонтана. Первые, примитивные микроскопы вышли из рук Янсенов.

Микроскоп Янсенов.

Не стоит забывать, что шлифовка драгоценных камней в древности могла привести к изготовлению оптических стёкол, так называемых собирающих линз. Такие линзы, сделанные из горного хрусталя, были, как полагают историки, известны ещё в древней Ассирии. О способности линз увеличивать изображение знали в Античности. Искусство шлифовки плоско-выгнутых линз в Англии и Голландии к концу XVI и началу XVII века достигло значительных успехов. Оно же в итоге привело к изобретению микроскопа.

Первый микроскоп представлял собой трубку с одним увеличительным стеклом. Таково было устройство микроскопа Декарта. Прибор давал очень небольшую кратность увеличения. Первую попытку применить две линзы для больших увеличений сделал Гук.

Микроскоп Гука

Общим недостатком первых микроскопов, как однолинзовых, так и двухлинзовых, была аберрация – сферическая и хроматическая, из-за чего изображения получались нечёткими. Однако эти прото-микроскопы оказали науке колоссальную услугу. Исследователь истории биологии В.В. Лункевич так пишет о первых микроскопах:

«Когда сравниваешь великолепные, блестяще оборудованные, до тонкости утончённые микроскопы Цейса или Лейтца с этими «стегоцефалами» обширного семейства микроскопов, не находишь слов для выражения того искреннего уважения, которое должны внушать современному биологу те старинные приборы и великие открытия первых микроскопистов: Гука, Грю, Левенгука, Мальпиги».

С этим заявлением сложно не согласиться. При взгляде на первые микроскопы нам кажется, что бактерии в те времена были больше минимум в сто раз.

Одним из первых конструкторов микроскопов был Роберт Гук. Как англичанин школы Бэкона, Гук считал чувственное восприятие и точное наблюдение основой научного познания и, осуществляя этот девиз, обогатил науку не только важными открытиями, но и некоторыми ценными идеями. Проявляя интерес к астрономии, физике и геологии, он провёл ряд наблюдений и опытов, которые позволили ему сделать выводы, сходные с выводами других учёных. Так, например, он высказал такой же взгляд на природу света, как и Гюйгенс в своей теории волнообразного движения, и дал объяснение явлению интерференции.

В 1667 году вышла его книга «Микрография, или некоторые физиологические описания мельчайших телец при помощи увеличительных стёкол. Наблюдения и исследования». Эта книга состоит из 246 страниц текста и 38 больших таблиц.

Разворот книги Гука «Микрография»

Содержание её так же многообразно, как и вся научная деятельность Гука. Значительный объём книги отведён под микроскопические картины и микроструктуры растительного, животного и минерального происхождения. Но тут же можно найти материал, имеющий весьма отдалённое отношение к микроскопическим исследованиям. Некоторые главы, например, рассказывали о звёздах, Луне, телескопе или о свойстве воздуха и других прозрачных сред преломлять и разлагать свет. Но и в главах, посвящённых исследованиям при помощи увеличительных стёкол, пестрота удивительна, хотя и волне понятна. Достаточно только представить себе умного, образованного и любознательного человека, вооружённого первым микроскопом, то есть инструментом, которым почти никто до него не пользовался, но дающим возможность открыть совершенно новый, никем до того не виданный мир. Гуку интересно всё, что можно поместить на столик, под объектив микроскопа: кончик тонкой иглы или острие бритвы, шерстяная, льняная или шёлковая нить, крошечные стеклянные шарики, частички тонкого песка, осадок мочи, зола растений или кристаллики различных минералов. И в том, что он увидел и описал, было немало любопытного и ценного для биологии его эпохи.

Но самым замечательным достижением Гука было открытие клеточного строения некоторых частей растений: стебля репейника, ворсянки, папоротника, сердцевины кедра и других растений. Гук первым применил термин «клетка». Именно он представил рисунок ячеистого строения пробки и указал на такое же строение тонкой пластинки древесного угля. Гук первым отметил ничтожную величину строительных элементов растений, подсчитав, что в одном кубическом дюйме поместится 1200 миллионов клеток. Об этом очень подробно говорится в XVI – XVIII главах его «Микрофотографии». Вот как описывает своё открытие Гук:

«Древесный уголь, или сожжённое дочерна растение, представляет собой предмет не столько приятный, сколько поучительный». Далее учёный доказывает его поучительность: «Если взять кусочек хорошо прожжённого древесного угля и растереть между пальцами, то наряду с пылью получатся тонкие гладкие пластинки. Рассматривая в микроскоп одну из таких пластинок с поверхности, мы увидим множество пор, совершенно таких, какие бросаются в глаза и у растений, где они расположены кольцами вокруг сердцевины».

Такую же картину представляет, по его мнению, тонкая пластинка каменного угля… А вот историческое место, касающееся пробки и её ячеистой структуры:

«Я беру хороший, чистый кусок пробки, срезаю отточенным, как бритва, перочинным ножом необычайно гладкий кусочек и рассматриваю его под микроскопом. Этот кусочек представляется пористым, хотя я не уверен, что он на самом деле таков. Судя, однако, по мягкости и упругости пробки, это, хотя и странно, но возможно. Если я стану продолжать мои наблюдения с микроскопом и снова всё тем же перочинным ножичком отрежу часть от первого кусочка и помещу его на предметную площадку, то совершенно ясно увижу, что он сплошь пронизан порами и напоминает собой пчелиные соты, правда, не столь правильные».

Дальше автор предлагает обратить внимание на рисунок, на котором ясно видно и пористость, и окружающие поры стенки.

«Они, – заключает Гук, – столь же тонки, как и восковые перегородки в сотах – перегородки, отграничивающие и образующие шестигранные клетки».

Первая зарисовка клеток работы Гука.

Так было положено начало одному из великих завоеваний науки XVII века – учению о клетке, дальнейшее развитие которого тесно связано с целым рядом выдающихся имён того же столетия.

Изобретение микроскопа открыло перед учёными новые, широкие горизонты и дало возможность появиться большому числу выдающихся умов. Одним из них был Марчелло Мальпиги – ученый крупнейшего калибра.

Марчелло Мальпиги 10.03.1628 — 29.11.1694

Вся жизнь Мальпиги, отравленная многочисленными злоключениями, была непрерывным служением науке. В этом итальянце XVII века билось неугомонное сердце истинного титана Возрождения, исполненного неиссякаемой энергией, стремящегося к преодолению косности противников во имя новых научных ценностей. Всё это давалось ему чрезвычайно нелегко. Недоброжелательность со стороны представителей официальной высокой науки, скитания из одного университета в другой, оскорбления и клевета – всё это надо было преодолевать, не выпуская из рук скальпеля и микроскопа. И Мальпиги это удалось настолько, что в его метрическом свидетельстве приходской священник счёл нужным написать: «Сей Марчелло стал мировой известностью преимущественно в медицине».

В возрасте семнадцати лет Мальпиги поступает в Болонский университет, где изучает философию Аристотеля и Галена. Судьба не благоволит к нему с самой юности: он теряет всех близких родственников, за исключением брата, и вынужден тратить часть драгоценного времени на житейские дела. В университете он с увлечением предаётся изучению анатомии и медицины, получает степень доктора и с 1656 года начинает читать курс лекций в Болонском университете. И вдруг очередная беда: Мальпиги теряет горячо любимого учителя. Начинаются нападки со стороны закостеневших в традиции коллег и студентов, присягнувших при поступлении в университет «никогда не допускать, чтобы им опровергали Аристотеля, Галена и Гиппократа». Нашлись и те, кто направили своё примитивное остроумие против неугодного начальству профессора. Тогда Мальпиги оставляет кафедру в Болонском университете и переезжает в Пизу, на кафедру теоретической медицины. Там он работает несколько лет, заводит знакомства в учёном мире, становится усердным посетителем «Анатомического общества», собиравшегося у Борелли, и с энтузиазмом принимается за научно-исследовательскую работу. И снова его настигает рок: брата за какие-то провинности приговаривают к смертной казни. Мальпиги возвращается в Болонью. Добивается освобождения брата и вновь возвращается в круг учёных, продолжает заниматься исследованиями и совершает открытия. Его известность растёт, но растёт и ненависть к молодому учёному. В своих записках Мальпиги, требовал всестороннего естественнонаучного образования как единственной базы для медицины. Он протестовал против голого эмпиризма во врачебной практике, против безоговорочного преклонения перед ветхими авторитетами.

«Голый эмпиризм, – говорил он, – мало даёт. Авторитеты – далёко не всё. Они сказали своё: что знали, то усвоено и чтится; чего не знали, в том ошибались. Исправлять их ошибки, развивать их дело – такова задача нашего и грядущих поколений…».

Он настаивает на тесной связи между терапией и патологией, патологией и физиологией, терапией и этиологией, этиологией и диагностикой. Учёный уверяет в острой необходимости изучать строение организмов не только при помощи скальпеля и пилы, но и при неизменном содействии микроскопа, остроумно парирует злые упрёки в том, что, увлекаясь микроскопом, он будто бы занимается «мелочами».

«Природа, – писал Мальпиги, – для осуществления удивительных процессов, имеющих место у животных и растений, соблаговолила составить их организм из многих механизмов. Механизмы эти силой необходимости сложены в свою очередь из мельчайших частиц такой формы и так расположенных, что из них получаются удивительные органы. Их состав и строение по большей части недоступны не только невооружённому глазу, но и микроскопу».

Он требует, чтобы учёные пользовались сравнительными методами исследования, так как

«природа вещей окружена мраком и раскрывается лишь путём сравнений; её надо исследовать всесторонне, чтобы при помощи простейших механизмов, более доступных нашим чувствам, можно было понять механизмы сложного».

Всё это не нравилось научному официозу: одних смущало, других обижало, третьих возмущало. И Мальпиги снова пришлось покинуть Болонью, перенеся к тому же новый страшный удар: умер второй его любимый учитель.

И вот он уже в Мессине. По-прежнему увлечённо занимаясь профессорской работой, он совершает ряд новых открытий сначала в области анатомии растений, а позже – в анатомии животных. Недовольство новатором не прекращается. Не прекращаются и преследования, издевательства и клевета.

В 1666 году Мальпиги снова в Болонье. В его жизни происходит важный перелом. Лондонское королевское общество приглашает его на работу и предлагает печататься за счёт этого общества. Мальпиги соглашается и уже в 1669 году отсылает в Лондон своё замечательное исследование о шелкопряде, а в 1671 году – монографию, посвящённую анатомии растений. В этой работе впервые говорится о клеточном строении растений. Клетки растений Мальпиги называет «utriculi» – мешочки.

Под высоким покровительством Лондонского общества Мальпиги проработал тринадцать лет, но однажды его снова настигло несчастье: сгорел дом Мальпиги, а с ним – множество рукописей, микроскопы, ценные научные материалы, большая часть имущества. Ещё через пять лет какая-то «шайка молодых людей» совершила набег на дом Мальпиги и учинила форменный погром. Оставаться дальше в Болонье стало невыносимо. Мальпиги переехал в Рим в качестве лейб-медика папы Иннокентия XII. Напряжённая работа и щедро даваемые судьбой тяжкие испытания преждевременно подточили его здоровье. Он умер после двух ударов в возрасте шестидесяти шести лет. Болонья, принесшая Мальпиги много горьких дум и обидных переживаний, поставила ему памятник в стенах своего прославленного университета.

Полное собрание сочинений Мальпиги впервые издано в Лондоне в 1687 году, а три года спустя после смерти автора появился дополнительный том, в котором находилась автобиография учёного, а также переписка Мальпиги с Борелли, Фракоссати, Сваммердамом, Реди и другими учёными по поводу его работ.

Среди массы работ Мальпиги особенно выделяются две.

Первая – «De renibus» («О почках»). В ней рассматривается микроскопическое строение почек. Именно Мальпиги с помощью микроскопа открыл в них мочевые канальца и клубочки, получившие его имя, а также установил связь между сосудистой системой почек и отметил фильтрующую роль этих органов, служащих для удаления из организма различных продуктов.

Мальпигиев клюбочек

Другая его работа – «De pulmonibus epistolae» («Письма о лёгких»). Эти два письма, составляющие содержание книги, адресованы его учителю и другу Джиовани Борелли.

Джованни Альфонсо Борелли 28.01.1608 — 31.12.1679

В те времена учёные имели обыкновение адресовать свои научные доклады тому или иному выдающемуся учёному. В этой небольшой по объёму (всего двенадцать страниц), но очень ценной по содержанию работе Малпиги описывает картину альвеолярного строения лёгких, взяв объектом своих исследований органы дыхания лягушки. Там же он говорит о тончайшем разветвлении лёгочных артерий и вен – о капиллярах. Все исследования он провёл с помощью микроскопа. Таким образом, именно Мальпиги окончательно закрыл вопрос о строении кругов кровообращения. Это, как и многое другое в работах Мальпиги, было ново и открывало перспективы для дальнейшего, более углублённого знакомства со структурой лёгких и для понимания загадочного процесса дыхания.

Научное наследство Мальпиги рисует его яркую фигуру во весь рост. Знакомство с работами этого учёного представляет интерес и для биолога, и для более узкого специалиста. В этих трудах в значительной мере отражается биологическое творчество XVII века, его устремления и ошибки. Вот почему следует как можно подробнее ознакомиться с трудами Мальпиги. К сожалению, в современных трудах, им отводится незаслуженно мало места.

Но были другие «первые среди равных». Если Гук предложил микроскоп, конструкция которого основана на двух плоско-выгнутых линзах, то был исследователь, придумавший совершенно иную схему устройства микроскопа, над принципом работы которого учёные ломали голову без малого четыреста лет. Левенгук – так звали этого невоспетого и малоизвестного в наше время исследователя.

24 октября 1632 года в Нидерландах, которые тогда назывались Фландрией, среди ветряных мельниц, низких улиц и высоких грахтов Дельфта в семье Филипса Тонисзона родился мальчик Антони. Он совершит одно из самых удивительных открытий во всей биологии: ему посчастливится открыть новое царство живой материи. Он родился и вырос во времена тектонических перемен человеческого общества. По всей Европе гремела тридцатилетняя война, протестанты увлечённо резали католиков, а католики – протестантов. Земли Фландрии, Германии и Богемии опустошены бандами ландскнехтов и раубриттеров. Повсеместно царствовали голод и тиф. Во Фландрии шла война за независимость – та самая, в ходе которой суждено столкнуться двум удивительным литературным героям – Тилю Уленшгпигелю и Диего Алатристе. В недрах этого адского котла зародился и постепенно воцарился новый социально-экономический строй – капитализм. Именно в это время в малоизвестном городе Дельфт жила семья бюргеров по фамилии Тонизсон. Они пользовались большим уважением, так как занимались плетением корзин и пивоварением. Пивоварение же издавна считается во Фландрии почётным и уважаемым занятием. Антони рано потерял отца. Мать, желая сделать из сына чиновника, отправит его в Лейден. Но, когда ему исполнится шестнадцать лет, он оставит учение и поступит в мануфактурную лавку в Амстердаме.

В возрасте двадцати одного года он вернётся в Дельфт, женится и откроет собственную мануфактурную торговлю. О его жизни на протяжении двадцати последующих лет практически ничего не известно, за исключением того, что он был дважды женат и имел нескольких детей, большинство из которых умерло в младенчестве.

Он не успел многому научиться и в глазах людей своего времени считался невежественным человеком. Единственный язык, на котором он мог изъясняться, был фламандский – малоупотребляемый и презираемый культурными людьми язык рыбаков, торговцев и землекопов. Образованные люди того времени говорили на латыни, а Левенгук едва умел на ней читать. Единственной книгой, которую он смог осилить, была Библия.

«Какая скучная, но по-своему счастливая биография!»

– так может воскликнуть читатель. Однако не стоит торопиться. Всё только начинается.

У нашего героя было весьма неожиданное и очень своеобразное увлечение. Антони увлекался рассматриванием предметов через увеличительное стекло. Что ж, покупать для этого линзы? Ну уж нет, не таков наш герой. В течение этих «немых» двадцати лет он ходил к оптикам и обучался у них искусству обтачивать и шлифовать стёкла. Он посещал алхимиков, аптекарей и ювелиров, постепенно проникая в тайны выплавки металлов из руд, и понемногу научился обращаться с золотом и серебром. Это был чрезвычайно настойчивый и упорный человек. Он не довольствовался тем, что его линзы были так же хороши, как у лучших мастеров Фландрии. Нет, они должны быть лучше самых лучших! И, добившись этого, он продолжал возиться со своими линзами много часов кряду. Затем он вставлял свои линзы в небольшие оправы из меди, серебра или золота, которые лично вытягивал на огне среди адского дыма и чада.

Он весь уходил в работу, забывая о семье, друзьях и лавке, просиживая целые ночи напролёт в своей странной лаборатории. Он научился делать мельчайшие линзы, размером менее 1/8 дюйма в диаметре, но настолько симметричные, настолько точные, что показывали ему самые мелкие предметы в сказочно ясном виде.

Он с увлечением рассматривал всё, что попадалось ему под руку. Он глядел через них на мышечные волокна кита и на чешуйки собственной кожи. Отправляясь к мяснику, он покупал бычьи глаза и восторгался тонким устройством хрусталика. Часами он изучал строение овечьих, бобровых и лосиных волосков, которые под его линзами превращались в толстые мохнатые брёвна. Он осторожно отсекал мушиную голову и насаживал на тонкую иголку своего микроскопа. С каким восхищением он рассматривал детали этого чудовищного мушиного мозга. Он исследовал поперечные срезы разных пород деревьев и, прищурившись, любовался семенами растений.

Сорокашестилетнего исследователя окончательно захватило его увлечение. Он продал свою мануфактурную лавку, устроился сторожем в городскую ратушу (такая служба была своего рода синекурой, в обязанности сторожа входило растапливать печи в ратуше утром и запирать двери вечером) и взял фамилию Левенгук. В переводе на русский она означает «уголок около Львиных ворот». С этого момента мы расстаёмся со скучным малообразованным торговцем и встречаем фанатичного исследователя микромира, который первым познакомил человечество с бактериями.

Антони ван Левенгук 24.10.1632 — 26.08.1723

Не было на свете более недоверчивого человека, чем Левенгук. Он рассматривал какое-нибудь жало пчелы или ножку блохи снова и снова. Иногда он оставлял эти объекты наблюдения на целые недели и месяцы прямо на остриях своего странного микроскопа, а для того чтобы рассматривать новые объекты, делал новые микроскопы. И таким образом у него скопились их целые сотни. Затем он возвращался к первым экземплярам, чтобы проверить и, если понадобится, внести поправки в свои первоначальные наблюдения. Он никогда ничего не говорил о том, что видит, никогда не делал рисунков до тех пор, пока сотни наблюдений при одних и тех же условиях не подтверждали ему, что перед ним одна и та же картина. Но и после этого он всё ещё не был вполне уверен! Вот как Левенгук писал об этом:

«Человек, который первый раз смотрит в микроскоп, говорит, что теперь видит то-то, а теперь то-то. И всё же самый опытный наблюдатель может оказаться в дураках. Не всякий поверит, сколько времени я потратил на свои наблюдения, но я делал их с радостью, не обращая внимания на тех, которые говорили: «Стоит ли на это тратить так много труда, какой во всём этом толк?» Но я пишу не для таких людей, я пишу только для философов».

Если бы не ещё один покоритель невидимого мира, Левенгук так бы и остался чудаковатым сторожем. Этого человека звали Ренье де Грааф, и по счастливому стечению обстоятельств этот уроженец Дельфта был довольно известным учёным.

Ренье де Грааф 30.07.1641 — 17.08.1673

С помощью микроскопа системы Гука он описал фолликулы в яичниках млекопитающих. Благодаря этому своему открытию он был принят в члены-корреспонденты Английского Королевского общества. Познакомившись с Левенгуком, Грааф получил возможность ознакомиться с микроскопами своего земляка. То, что довелось увидеть Гаафу, заставило его устыдиться собственной славы. Он-то и сообщил об исследованиях Левенгука своим британским коллегам. Вот что он написал в своём письме:

«Попросите Антони ван Левенгука сообщить Вам о своих открытиях».

Граафов пузырёк. В правой части снимка по центру — яйцеклетка.

Левенгук не преминул ответить на запрос Королевского общества. Озаглавлено письмо было так: «Перечень некоторых наблюдений, сделанных с помощь микроскопа, изобретённого мистером Левенгуком, относительно строения кожи, мяса и так далее, жала пчелы и проч.». Это письмо очень удивило и даже позабавило учёных джентльменов из Королевского общества, но они были удивлены чудесными вещами, которые Левенгук, по его словам, смог увидеть через свои замечательные линзы.

Но не это принесло бессмертную славу Левенгуку. Однажды ему пришло в голову направить свою линзу на каплю чистой воды. Именно с этого дня берёт своё начало микробиология. Кому, кроме него, могло прийти в голову направить свою линзу на каплю чистой воды? И что могло находиться в этой чистой, только что упавшей из облаков воды, кроме неё самой? А он разглядел в той капле мириады живых существ. Они были в тысячу раз меньше любого существа, которого можно увидеть обычным глазом.

Левенгук, этот малообразованный привратник из Дельфта, проник в новый фантастический мир – мир мельчайших существ, которые рождались, боролись за существование и гибли, совершенно незримые и неизвестные никому от начала времён. Это были живые существа совершенно другой природы, в продолжение многих веков терзавшие и истреблявшие целые поколения людей. Это были существа более страшные, чем огнедышащие драконы и великаны, о которых рассказывалось в легендах и сказках. Это были невидимые душегубы, убивавшие детей в уютных колыбелях и королей в неприступных замках. Это был невидимый, скрытый, неумолимо жестокий, но порой и дружественный мир, в который первым из всех землян Левенгук смог заглянуть с помощью своего микроскопа.

После многих длительных экспериментов Левенгук окончательно убедился в том, что этот незримый мир окружает человека повсюду и сопровождает его от рождения до гробовой доски. Только тогда он решился написать высоким учёным из Королевского общества и начал с того, что в простых, безыскусных выражениях описал своё изумление. Страница за страницей он повествовал о том, что миллионы этих маленьких животных можно сложить в одну большую песчинку и что в одной капле сенного настоя, в котором они быстро растут и размножаются, их содержится более двух миллионов семисот тысяч штук.

Письмо ушло в Лондон. Оно было прочитано в высоком собрании учёных скептиков и вызвало много шума. Вскоре Левенгук получил ответ с просьбой подробно описать устройство его микроскопа и объяснить методику исследования.

Он ответил им длинным письмом, уверяя, что абсолютно ничего не преувеличил. Левенгук изложил им все свои вычисления, он проделал так много делений, умножений и сложений, что его письмо больше напоминало упражнение из учебника по математике. Закончил Левенгук своё письмо сообщением о том, что многие из жителей Дельфта видели в микроскоп этих странных маленьких существ, которых сам Левенгук называл «анималькули». Он уверял, что может присовокупить к письму свидетельства видных почётных жителей Дельфта: двух духовных лиц, одного нотариуса и восьмерых других господ, заслуживающих полного доверия. Но никак не может открыть, как устроен его микроскоп. Тайну устройства микроскопа Левенгук унёс с собой в могилу.

Тогда Королевское общество поручило Роберту Гуку и Нехеми Гру соорудить самые лучшие микроскопы и приготовить настой сена. 15 ноября 1677 года Гук принёс в собрание свой микроскоп. По результатам исследования выяснилось, что Левенгук не ошибался и не лгал. Воистину это был день торжества привратника из Дельфта! В сенном настое действительно были эти «волшебные зверьки»! Почтенные члены собрания толпились вокруг микроскопа, с удивлением наблюдая за жизнью нового царства живого мира. Спустя некоторое время Королевское общество сделало Левенгука своим членом, прислав ему пышный членский диплом в серебряной шкатулке с гербом общества на крышке.

Таков был первый охотник за микробами. После него остались сотни микроскопов, которые он изготавливал на продажу. Но ни один из них не давал такого увеличения, как те, которые Левенгук мастерил для себя. Учёные долгое время ломали голову, как же Левенгуку удавалось так отшлифовать крошечные линзы, чтобы они позволяли разглядеть бактерий в капле воды без специальных методов окраски и фиксации.

Принципиальная схема микроскопа Левенгука.

Ответ был найден только в середине 70-х годов ХХ века, когда учёные из Новосибирска попробовали изготовить линзы не путём пришлифовки, а путем оплавления капиллярной нити. Линзу изготавливали путём оплавления конца стеклянной нити до образования стеклянного шарика с последующей пришлифовкой одной из его сторон. При такой методике получается плоско-выгнутая линза, по своим увеличивающим способностям соответствуюшая линзам в микроскопе Левенгука. Однако экспертиза сравнения с оригинальным микроскопом не была проведена, и эта замечательная методика так и остаётся рабочей версией.

Учёные конца XVII – начала XVIII века при всём своём колоссальном упорстве и безграничной любви к познанию уперлись в технический предел возможностей своих микроскопов. Дальнейший прогресс в микробиологических и гистологических исследованиях стал возможен только после совершенствования микроскопической техники. И такой момент настал в середине XIX века, в эпоху, подарившую науке имена великих цитологов и микробиологов. Именно в это время случилась следующая революция в познании природы: появились люди, сформулировавшие клеточную теорию. Об этом мы поговорим в следующем очерке.

Список использованной литературы:

1. Васильков И. А. Следопыты в стране анималькулей. – М: Детгиз, 1959.

2. Крайф Поль де. Охотники за микробами; Борьба за жизнь. [Пер. с англ.]. – М.: Молодая гвардия, 1957.

3. Лункевич В. В. От Гераклита до Дарвина: Очерки по истории биологии: В 2 т. / Под ред. [и с предисл.] проф. И. М. Полякова. – 2-е изд. – М.: Учпедгиз, 1960.

4. История биологии с древнейших времен до начала ХХ века / Академия наук СССР, Институт истории естествознания и техники; ред. С. Р. Микулинский. – М.: Наука, 1972.

Под Киевом с размахом отпразднуют Покрову

14, 15, 16 и
17 октября в Древнем Киеве Княжества Киевская Русь («Парк Киевская Русь»)
пройдет масштабное и зрелищное празднование Покровы и Дня защитников и защитниц
Украины. Гостей ждет яркая шоу-программа на историческую тематику с
конно-трюковыми выступлениями, древнеславянскими забавами и мастер-классами. А
еще: прогулки на лошадях, музеи и экспозиции, вкуснейшие блюда с костра и много
интересного из жизни настоящего, живого средневекового города.

В Украине издавна особо почитали праздник Покровы. Зародился он в Х веке,
во времена Киевской Руси и связан со спасением византийцев, которых укрыла
«покровом» Богородица в Царьграде (Константинополе). Позже 14 октября стали
отмечать еще и День украинского казачества. А с 2015 года этот день стал
государственным праздником – Днем защитников и защитниц Украины.

Приехав в Древний Киев 14, 15, 16 и 17 октября, гости совершат путешествие
во времени на тысячу лет назад, в эпоху Киевской Руси, во времена, когда
зарождалась слава нашей державы, формировался и закалялся боевой дух былинных
богатырей – защитников нашей страны.

Гости Княжества попадут в настоящий, живой средневековый город – Киев –
столицу Киевской Руси времен ее рассвета. 
Ведь здесь на территории более 20 га воссоздается Киев V-ХIII веков в
реальном масштабе, с полной исторической достоверностью, а также возрождается
атмосфера Киевской Руси. Гости Древнего Киева увидят шедевры средневекового
зодчества и смогут посетить музеи и экспозиции.

В эти дни пройдет зрелищная театрализованная программа на историческую
тематику с участием былинных богатырей и лошадей редких древних пород.

Празднование начнется с торжественного парада знамен князей Киевской Руси с
выездом конной дружины и приветствием самого князя киевского Владимира
Великого. Затем гостей пригласят принять участие в торжественном крестном ходе
к воссозданной Васильевской церкви Х века. 14 октября в этом уникальном храме
пройдет праздничный молебен за Украину. После богослужения посетители смогут
насладиться интерьером средневекового деревянного храма и поставить свечу за
родных и близких.

Настоящим подарком к празднику от конно-каскадерского театра Древнего Киева
станут костюмированные рыцарские турниры по древним конным боевым искусствам с
использованием различных видов средневекового оружия. Гости будут поражены
яркими выступлениями  с элементами
средневековых боев и трюками в исполнении лучших украинских конных каскадеров в
тандеме с уникальными лошадьми исторических пород.

Посетители
приобщатся к обрядам наших предков и познакомятся с историей и традициями
кочевых народов, постоянных спутников Киевской Руси.

До самого вечера посетителей ждет яркий калейдоскоп средневековых забав.
Гости будут не просто наблюдать за действом, но и смогут принять участие в
веселых играх и конкурсах, танцевальных флеш-мобах и зажигательных хороводах.

В Княжестве можно освоить древнее боевое искусство
верховой стрельбы из лука, записавшись в школу конных лучников. Для этого нужно
обратиться к организаторам в Древнем Киеве или связаться по тел. (050) 385-20-35 и (044) 461-99-37.
И уже с первого занятия вы начнете постигать искусство управлять лошадью и
метко стрелять из лука. Приобщитесь к боевым традициям наших предков! 

Одно из
чудес Древнего Киева – «живая» коллекция лошадей редких исторических пород,
собранных со всего мира в конюшне Древнего Киева. К лошадям можно подойти,
погладить, сфотографироваться с ними и даже совершить конную прогулку верхом
или в экипаже.

В Древнем Киеве каждый ощутит себя настоящим жителем
Киевской Руси. В средневековом тире гости научатся стрелять из лука, а на
княжеском монетном дворе – чеканить монеты по древней технологии. В Княжеской
костюмерной гости облачатся в наряды времен Киевской Руси и смогут устроить
незабываемую фотосессию для соц.сетей. В гостях у
знахарки-волхвини за чашкой травяного настоя можно прикоснуться к древним
тайным знаниям. В средневековой лавке и на ярмарке мастеров гостей ждут
оригинальные сувениры ручной работы. Любителей экстрима порадуют
скоростная горка «Змей Горыныч» и канатный спуск «Полетайло».

Отведать
вкуснейших напитков и блюд, приготовленных на костре, можно на Средневековой
кухне и в беседках на свежем воздухе.

Желающие продолжить отдых могут
остаться на ночь (при предварительном бронировании).

Древний Киев открывается в 10:00. Программа начнется
около 13:30 и продлится ориентировочно до 19:00. * В программе
возможны изменения.

Программа будет проходить с соблюдением мер
карантинного режима.

Древний Киев расположен в 45 минутах езды от Киева
современного – в Киевской области, Обуховском районе, с. Копачов.

Доехать можно на своем автомобиле или общественным транспортом. Расписание
маршруток можно узнать на сайте «Обуховтранс» или на сайте «Парк Киевская Русь»
в разделе «Контакты».

Цена билета: полный билет для взрослого –250 грн., для пенсионеров и
студентов – 150 грн., для детей школьного возраста – 100 грн., для дошкольников
– бесплатно.

Подробнее на
сайте www.parkkyivrus.com

Читатели могут сэкономить, воспользовавшись
промо-кодом «fixygen-20» на скидку в
размере 20% при покупке билета для взрослого (полной стоимости) в Княжество
Киевская Русь:

— предварительно заказав по тел.: +38 044 461-99-37, +38 050 385-20-35

— или в кассе при входе в «Парк Киевская Русь».

Создание эффективного управления умным домом с помощью интеллектуального освещения IoT: пример из практики

Умные дома — это элемент развития умных городов. В последние годы страны всего мира не жалеют сил на продвижение умных городов. Умные дома — это интересное технологическое достижение, которое может сделать жизнь людей намного удобнее. Разработка умных домов включает в себя множество технологических аспектов, включая большие данные, мобильные сети, облачные вычисления, Интернет вещей и даже искусственный интеллект.Цифровая информация является основным компонентом управления и передачи сигналов в умном доме, а информационная безопасность — еще один важный аспект. В случае отказа оборудования задача защиты информации системы имеет первостепенное значение. Поскольку умные дома управляются автоматически, к проблеме безопасности мобильных сетей следует отнестись серьезно. Для решения этих проблем в настоящем документе основное внимание уделяется информационной безопасности, большим данным, мобильным сетям, облачным вычислениям и Интернету вещей.Эффективность безопасности можно повысить за счет использования алгоритма Secure Hash Algorithm 256 (SHA-256), который представляет собой механизм аутентификации, который с помощью пользователя может аутентифицировать каждое взаимодействие данного устройства с веб-сервером с использованием зашифрованного имени пользователя и пароля. , и токен. Эта структура может использоваться для автоматической системы охранной сигнализации, мониторинга посещаемости и выключателей света, которые легко интегрируются с любой базой умного города. Таким образом, решения IoT могут обеспечивать мониторинг в реальном времени и подключение к центральным системам для автоматической охранной сигнализации.Платформа мониторинга разработана на основе веб-приложения для получения функций отображения, хранения и предупреждения в реальном времени для локального или удаленного управления мониторингом. Система мониторинга стабильна и надежна при применении SHA-256.

1. Введение

Умный город — это перспективное решение будущего, в котором для сбора данных используются различные электронные датчики Интернета вещей (IoT). Информация, полученная из этих данных, впоследствии используется для эффективного управления активами, ресурсами и услугами; как таковые данные используются для улучшения работы по всему городу.Он включает данные, собранные от граждан, устройств, зданий и активов, которые обрабатываются и анализируются для мониторинга и управления дорожным движением и транспортными системами, электростанциями, коммунальными услугами, сетями водоснабжения, отходами, раскрытием преступлений, информационными системами, университетами, библиотеками, больницами, и другие общественные услуги [1]. Данные лежат в основе Интернета вещей, но чтобы сделать их достаточно надежными для широкого распространения, необходимо защитить безопасность и конфиденциальность этих данных. Именно в этом фокусе — спрос на инновации и требования к приемлемой безопасности и конфиденциальности данных [2].

Умный дом — одно из самых ярких приложений в парадигме Интернета вещей. Несмотря на то, что это повысило уровень комфорта и удобства в повседневной жизни пользователей, оно также создает уникальную проблему безопасности, заключающуюся в уменьшении внутренних угроз, исходящих от законных пользователей. Такие угрозы в первую очередь возникают из-за совместного использования устройств IoT и наличия сложных социальных и доверительных отношений между пользователями. Современные домашние платформы Интернета вещей управляют контролем доступа, используя различные механизмы многофакторной аутентификации.Тем не менее, такие жесткие меры безопасности неадекватны для защиты от внутренних угроз, и существует растущая потребность в интеграции поведения пользователей и окружающей среды для принятия разумных решений об авторизации [3].

Одними из ведущих домашних платформ Интернета вещей, появившихся за последние несколько лет, являются SmartThings от Samsung, HomeKit от Apple и Android Things от Google. Эти платформы энергоэффективны, соединяют разнородные устройства и протоколы, позволяют дистанционное управление и активацию, а также поддерживают разработку сторонних приложений [4].

Популярность умной бытовой техники обуславливает все большее развитие Интернета вещей. Например, большинство устройств умного дома, таких как интеллектуальные телевизоры, холодильники, посудомоечные машины, системы охлаждения и обогреватели, среди прочего, подключены к Интернету, чтобы сделать жизнь людей более комфортной и легкой. В настоящее время возможности управления умным домом объединять и управлять устройствами значительно расширились и развились. Умный дом похож на дом, сделанный на заказ, основанный на личных предпочтениях и индивидуальных особенностях.Он может регулировать и контролировать внутренние / внешние особенности дома, такие как освещение, температуру, двери и окна. Управление умным домом можно использовать для настройки яркости и тепла в комнате, настройки фоновой музыки и даже планирования записи и воспроизведения телепрограмм — все в зависимости от вкуса и решения домовладельца. С помощью смартфона также можно удаленно проверить текущее состояние дома. Кроме того, настройки можно регулировать, находясь вне дома. Например, можно управлять кондиционерами, в которых используются датчики температуры и системы освещения с дистанционным управлением, а телевизор можно включать, чтобы все выглядело так, как будто хозяин дома [5–8].С помощью специальных интеллектуальных устройств приложения и услуги для умного дома обеспечивают удобство проживания с учетом образа жизни домовладельца, его стиля жизни и различных других предпочтений. Другими словами, домовладелец может контролировать и контролировать участки своего дома с помощью смартфона [9–11]. Таким образом, интеллект и универсальность службы умного дома позволяют пользователям управлять своими домами независимо от того, где они находятся и чем занимаются, с помощью смартфона.Однако, хотя система удобна и эффективна, она может быть уязвима и открыта для угроз безопасности. В отличие от смартфонов, которые имеют приличный уровень технологий безопасности из-за их различных применений (таких как деловое общение, семейные телефонные звонки, обмен текстовыми сообщениями и интернет-серфинг), умные домашние устройства имеют слабую технологию безопасности, поэтому они подвержены различным атакам [11 –13].

В этой статье представлена ​​система частной безопасности для смарт-устройств, которую можно применить как к устройствам умного дома, так и к смартфонам.Предлагаемая структура безопасности использует технологию SHA-256, которая защищает от нескольких угроз / действий, включая коды проникновения. Кроме того, в этой статье также объясняются функции модулей, которые ограничиваются контролем доступа для защиты модулей домашних инструментов в умных домах.

В этом документе также будет представлена ​​идея построения интеллектуальной системы освещения. Это система связи, которая одновременно является и системой освещения, и системой наблюдения за безопасностью. Эта система не только позволяет свету включаться и выключаться, когда кто-то присутствует, но пользователи также могут устанавливать цвет и яркость света по своему желанию.Как уже упоминалось, пользователи могут отслеживать состояние дома, когда они отсутствуют, с помощью мобильного приложения WebServer и мобильных сетей. Эта система является гибкой в ​​том смысле, что она позволяет одному пользователю управлять несколькими устройствами или нескольким пользователям одновременно управлять множеством устройств.

Основные результаты этого исследования можно резюмировать следующим образом.
(i) Большинство интеллектуальных систем освещения спроектированы с использованием простого датчика движения и могут определять, вошел ли человек в зону действия датчика или вышел из него.Однако новая интеллектуальная система освещения, описанная в этой статье, объединяет основные функции микроконтроллера ESP 8266-12F и двухуровневую схему с использованием 24 светодиодов WS, установленных в спиральной последовательной конфигурации с охлаждающей подушкой. Цель состоит в том, чтобы сохранить ворота микроконтроллера и оптимизировать площадь лампы. Преимущество дизайна в том, что он позволяет пользователю усилить безопасность своего умного дома. Еще одним дополнительным преимуществом является то, что это значительно снижает затраты на оборудование. (Ii) Используя как шлюз, так и точку доступа (AP), беспроводное устройство должно быть выделено для дополнительной передачи данных, происходящей между ними, что, к сожалению, усугубляет проблему конкуренции.В качестве решения применяется IoT ESP8266-12F, чтобы данные, полученные от датчиков, передавались на сервер данных или в центр обработки данных через Интернет. Это удобный и функциональный процесс, поскольку шлюз и точка доступа будут интегрированы с IoT ESP8266-12F, что представляет собой еще одно преимущество системы. (Iii) Система может использоваться даже при отсутствии Интернета или 4G, путем с использованием AP технологии WLAN. Это достижимо благодаря тому, что интегрированное интеллектуальное осветительное устройство ESP8266-12F развернуто и может получать доступ к Интернету в любое время и в любом месте без необходимости переустанавливать спецификации, что обеспечивает еще один уровень удобства для пользователя (iv) для повышения безопасности системы, построена компактная серверная система, которая может подключаться к сети с высокой производительностью обработки.Кроме того, сервер позволяет пользователям устанавливать программное обеспечение, которое дает им возможность запрашивать дополнительные услуги и ресурсы (v) В этом документе демонстрируется новое решение для связи сервера с каждым устройством и объясняется процесс аутентификации зашифрованных имен пользователей, паролей, токенов и кодов. с использованием SHA-256 для дополнительной безопасности. В исследовании также описывается, как сервер может участвовать в обмене данными между устройствами, то есть в процессе передачи зашифрованных токенов на несколько устройств с использованием SHA-256 для дополнительной безопасности. (Vi) Создан веб-сервер, способный отслеживать и контролировать умные дома в реальном времени. время, запустив Raspberry Pi 3+, HTML, поддержку JavaScript с WebSocket, Socket.Библиотека IO2 и Python 3

Эта статья организована следующим образом. Раздел 1 знакомит с технологиями и тенденциями исследований в области безопасности умного дома. Затем в разделе 2 описываются соображения безопасности и соответствующие исследования интеллектуальных городов Интернета вещей. Раздел 3 предлагает структуру внутренней безопасности для интеллектуальных систем освещения. Затем в разделе 4 представлены начальная конфигурация и демонстрационные фреймворки, используемые для системы, а в разделе 5 представлен сравнительный анализ. Наконец, вывод сделан в разделе 6.

2. Сопутствующие работы

2.1. Технологии умного дома на основе приложений IoT

Недавно был разработан ряд соответствующих систем умного дома, основанных на приложениях IoT, с целью сделать жизнь людей более удобной и экологически чистой. Однако в реальных условиях возникает несколько проблем. Умный дом управляется дистанционно; Таким образом, он разработан таким образом, чтобы быть энергоэффективным, с основными функциями, включающими освещение и переключение режимов. Более того, недорогая сеть может быть спроектирована на основе использования шлюза, состоящего из Arduino с Ethernet, технологией ZigBee и устройства Android, которое выполняет роль контроллера домашней среды.Недостатки этой системы относятся не ко всем технологиям безопасности, и такое решение не является новинкой в ​​умном доме. Примечательно, что эта система не позволяет / не демонстрирует использование датчиков в сценариях домашнего мониторинга (например, мониторинг потребления энергии, уровня воды и температуры в помещении) [14, 15].

В статьях [16, 17] представлена ​​технология ZigBee для управления домашней автоматизацией с использованием ПК в качестве шлюза и сервера через технологию беспроводной передачи данных Wi-Fi, которая может получить доступ к домашней подсети на платформе Android с удаленным мониторингом.В зависимости от открытого исходного кода и оборудования из другого сценария такая система имеет разные недостатки. Некоторые современные умные дома используют Wi-Fi для технологии беспроводной связи [18]. Это обеспечивает простой способ интеграции системы мониторинга с умным домом. Однако такое дешевое схемное оборудование не так просто реализовать, так как оно связано с некоторыми устройствами.

Между тем, система умного дома использует встроенные датчики, исполнительные механизмы, беспроводные сети и графические пользовательские интерфейсы, которые имеют положительные, гибкие, безопасные и экономичные преимущества.Сенсорная сеть может превратить оригинальный дом в умный дом, в том числе путем введения датчиков освещения, температуры, давления, влажности, движения, пожарной сигнализации и пыли / воздуха [19]. Такая система использует комбинацию микроконтроллеров Raspberry Pi 2 и ESP8266 в качестве оборудования и платформу с открытым исходным кодом. Однако эта платформа сталкивается с множеством проблем; один — аспект безопасности и конфиденциальности. Аналогичным образом, [20] описывает простую платформу, основанную на открытом коде, где авторы представляют решение путем интеграции ESP8266 и MQTT для удаленного мониторинга в умном доме.Кроме того, авторы не применяли технологии безопасности в целях безопасности, и система была запущена на ПК. Это снижает риск безопасности системы IoT и увеличивает стоимость.

Платформа умного дома была разработана и реализована с использованием эффективной системы для туманных вычислений на основе технологий беспроводной связи ZigBee и Wi-Fi [21], получившей название ZiWi. Он использует открытый исходный код для приложения. Автор также включил технологию, предназначенную для оборудования для узла IoT.Другой целью было создание недорогой платформы с легко изменяемыми настройками.

Другая система умного дома была разработана с Raspberry Pi и MCU узла в качестве бэкэнда, который может уведомлять пользователя, если кто-то пытается проникнуть в зону действия системы, и отслеживает потраченные деньги каждый месяц. Вместо технологий ZigBee или Wi-Fi в канале связи, представленном в этом документе, используется бот телеграммы. Таким образом, система не может использоваться в среде реального времени и имеет технологию низкого уровня безопасности [22].

Технология беспроводной связи также интегрирована с технологией микроконтроллеров, что является актуальной темой в исследованиях платформы IoT. На основе этих технологий возможности обнаружения, идентификации и связи могут быть встроены в несколько интеллектуальных устройств. В [23] авторы разработали и реализовали точку доступа IoT, которая выполняет функции координации множественных беспроводных передач. Однако для доступа к компьютеру требуется высокопроизводительная точка доступа, что приводит к высоким затратам на оборудование.

Приложения Android могут удаленно управлять интеллектуальной системой освещения в умном доме с мобильных устройств или планшетов [24]. Имея это в виду, интеллектуальные светодиоды были разработаны для конкретных требований пользователя, таких как оценка температуры и предполагаемое освещение, с использованием технологии ZigBee для передачи данных. Эта система больше подходит для использования на фабриках, чем в небольших домах или квартирах. В таблице 1 представлены основные характеристики различных конструкций технологий умного дома, обсужденных выше, и представлены основные характеристики сервера, технологии канала связи, датчиков, узла IoT, технологии безопасности и приложения.Тем не менее, интеллектуальная система освещения, разработанная в этом исследовании, не разработана с монтажной платой, интегрированной в датчики, и не используется в качестве системы с открытым исходным кодом. Это исследование направлено на разработку печатной платы с двумя слоями и 24 светодиодами, а также на создание веб-приложения с безопасной системой на основе Интернета вещей. Более того, система может безопасно и эффективно собирать данные, обмениваясь данными между сервером и целевыми узлами.

2.2. Технологии безопасности Интернет вещей в умном доме

В умном доме почти все системы домашней автоматизации на основе Интернета вещей, включая исполнительные механизмы и датчики, расположены внутри здания. Эта система и сенсорное оборудование подключены к локальному серверу через беспроводную связь для сбора и анализа данных. Однако серьезной проблемой является безопасная передача полученных данных от узлов датчиков на совместимый приемник. В этом подразделе представлены проблемы безопасности, связанные с этими платформами, и сравнивается разработанная структура с другими современными структурами, доступными для умных домов.

В [25] представлена ​​безопасная аутентификация недорогих граничных устройств IoT. Авторы преследовали две цели. Первая цель заключалась в том, чтобы предложить схему сопоставления идентификаторов для проверки идентичности пограничного устройства, чтобы предотвратить попытки других лиц выдавать себя за идентификатор. Чтобы достичь второй цели, авторы применили протокол связи для аутентификации граничных устройств для системы IoT с использованием нежелательных идентификаторов устройств. Использование ПК в качестве шлюза затруднило обеспечение низких затрат в этой статье, поскольку ПК не интегрирован с оборудованием.Таким образом, дизайн оборудования является важным фактором для успешной работы в сфере Интернета вещей.

В [26] авторы предлагают безопасную платформу для умных домов IoT. Представлены три вклада: (1) была разработана аппаратная платформа с использованием платы Intel, (2) был создан энергоэффективный алгоритм безопасности для шифрования данных, и (3) авторы сравнили энергоэффективность своего решения с таковой из другие исследования. Разработанная ими система имеет высокую стоимость и была протестирована только в лаборатории с тех пор, как была применена к тестовой плате и приложению ThingSpeak.Таким образом, главный недостаток данной статьи касается платы Intel и дороговизны системы.

В [27] представлена ​​аутентификация на основе хэш-цепочки для устройств IoT и веб-сервисов. Система может использоваться для аутентификации каждого взаимодействия устройства с веб-службой REST с использованием одноразовых паролей (OTP).

Структура безопасности в [28] представляет систему искренности, которая использует методы самоподписи и контроля доступа для проверки предупреждений безопасности, таких как квалификация данных, утечка и изготовление кода.Кроме того, в документе объясняются некоторые функции модулей, которые определяются контролем доступа для защиты модулей домашних устройств в умном доме.

Безопасность данных является важной темой исследования в контексте Интернета вещей, поскольку системы Интернета вещей все глубже проникают в личность пользователей, и эти устройства функционируют, обрабатывают и хранят различные типы данных. В документе обсуждается несколько проблем, с которыми сталкиваются функции безопасности и конфиденциальности, в основном для приложений, работающих на устройствах с ограниченными ресурсами.Авторы [29] изучали использование криптографического блока, алгоритмов хеширования, кодов аутентификации сообщений, механизмов подписи и важных протоколов обмена, выполняемых на современных устройствах с ограниченными ресурсами. Авторы нашли оптимальную хеш-функцию для добавления к протоколу ограниченного приложения для повышения безопасности без снижения производительности. В этой статье применяется хеш-функция SHA-224 [30]. Авторы нашли оптимальную функцию SHA-224 для добавления к протоколу ограниченного приложения для повышения безопасности без снижения производительности.Другая структура безопасности, предложенная в [31], может предсказывать и защищать от различных возможных злонамеренных атак в сети связи ZigBee и отвечать предупреждением системному администратору.

Объединив побитовую операцию XOR и хеш-функцию, авторы [32, 33] предлагают структуру безопасности для умного дома, чтобы достичь взаимной аутентификации с такими функциями безопасности, как анонимность и идеальная безопасность. В другой статье [34] предлагается использовать алгоритмы безопасности на основе логики для повышения безопасности дома.Исследование классифицирует естественные точки доступа в доме как первичные или вторичные в зависимости от их использования. Обнаружение на основе логики реализуется путем определения нормального поведения пользователя в этих точках доступа и запроса проверки пользователя при необходимости. Положение пользователя также учитывается при изменении состояния различных точек доступа. Между тем, структура SoftAuthZ представлена ​​в [35], в которой предлагается контекстно-зависимая и основанная на поведении структура безопасности. Он включает в себя мягкие механизмы безопасности, такие как доверие и уверенность, для поддержки решений об авторизации.Между тем, [36] проектирует архитектуру Интернета вещей для умного дома с аппаратным и программным обеспечением, спроектированным в соответствии с архитектурой системы. Аппаратная часть в основном анализируется с точки зрения модуля распознавания изображений и модуля распознавания речи, в то время как программная часть в основном представляет собой оптимизированный алгоритм точности системы наблюдения.

В настоящее время существует множество интеллектуальных платформ для Интернета вещей, например [5, 6], и они основаны на стандартной конструкции для устройств Интернета вещей, облачных сервисов и прокси-шлюза. Эти платформы поддерживают устройства Интернета вещей от таких престижных технологических компаний, как Apple, Samsung, Google, Amazon, Philips, Hue, Azure и Lifx.Однако одним из наиболее существенных недостатков этих платформ является цена и тот факт, что часто требуется более одного устройства. Например, для удаленного управления домом у пользователя должно быть одно или несколько устройств Apple. Если у пользователя есть iPhone и планшет iPad, это возможно, но только с iPhone невозможно использовать все функции, потому что требуется промежуточное устройство Apple. Это демонстрирует ограничение на управление устройствами в локальной сети. Между тем, при использовании, например, Google или Xiaomi, все управляющие команды отправляются на сервер компании для обработки.Основываясь на наблюдениях, мы составили список основных недостатков большинства умных домов, а также некоторые возможные решения:
(i) Во-первых, большинство умных бытовых приборов легко доступны для покупки на рынке, но некоторые из них не могут подключаться к определенным системам, таким как Apple, Samsung или Amazon. Большинство этих систем подключаются только к устройствам, произведенным одной и той же компанией. Тем не менее, в этом исследовании разрабатывается печатная плата, совместимая с любым типом интеллектуального устройства или датчика, независимо от их производителя.Более того, некоторые другие структуры и системы требуют ежемесячной оплаты, в отличие от предложенной здесь. (Ii) Во-вторых, цена, связанная с развертыванием и настройкой умного дома, может быть чрезмерной. Чем больше количество устройств и технологий, составляющих систему, тем дороже она будет и тем выше вероятность отказа. На цену влияют многие аспекты, в том числе размер дома, версии продукта, услуги поддержки и документация. Первичный пакет для развертывания в небольших домах обычно стоит не менее 1000 долларов. (Iii) В-третьих, при строительстве и настройке умного дома важно различать старые и новые дома.В первом случае как проводные, так и беспроводные устройства обычно требуют длительных модификаций для обеспечения возможности установки, а в некоторых случаях их установка может оказаться невозможной. Поэтому в предлагаемой системе используется Wi-Fi — технология, доступная для использования в любом доме. Кроме того, применяя алгоритм SHA-256 с 32-битным первым, чтобы избежать атаки грубой силы, представленная политика повышает безопасность, предотвращая внешние кибератаки, которые могут проникнуть в систему связи. (Iv) Наконец, еще одна общая слабость, обнаруженная в большинстве других систем. заключается в том, что они требуют использования сложных и специализированных инструментов, которых у большинства людей либо нет, либо они не умеют пользоваться.Напротив, представленная система удобна и удобна для пользователя и не требует специальных знаний или оборудования для настройки.

На основании таблиц 1 и 2 этот документ был разработан с учетом прошлых недостатков. В то же время он обеспечивает функциональность, обычно требуемую умным домом.

3.Системная архитектура IoT Smart Light

Для создания инфраструктуры интеллектуального освещения IoT с повышенной безопасностью система, разработанная в этом исследовании, имеет функции мониторинга освещения и безопасности, которые определяют подробную структуру системы, как показано на рисунке 1. Система разработана для использования на веб-сайте или в приложении. Каждая лампочка состоит из схемы микроконтроллера ESP8266-12F, которая получает данные от датчика в цепи и отправляет эти данные на веб-сервер. Затем WebServer отображает информацию о лампочках и, в зависимости от действий пользователя, передает команды на ESP8266-12F, чтобы настроить цвета фонарей и включить или выключить их.В автоматическом режиме WebServer использует данные, полученные от датчика движения, для передачи команды на включение или выключение света. Впоследствии он передает предупреждение или сирену, если включен режим охраны. Благодаря функциям системы, которые помогут пользователям легко управлять своей системой освещения, не будет потерь электроэнергии или несчастных случаев, если вы забудете выключить свет. Более того, система играет роль администратора безопасности дома. В частности, пользователи могут интегрировать в систему дополнительные датчики без необходимости установки или настройки устройства.В этом исследовании предлагается разработать и внедрить политики с датчиками движения в ассортимент продукции и включить контроль данных с помощью смартфона с веб-приложением. Используемые компоненты — это оборудование, сервер, Интернет и мобильное приложение, как показано на Рисунке 1.

3.1. Узлы Интернета вещей

На рисунке 2 показан прототип узла Интернета вещей, включая все его функции на передней и задней сторонах. Прототип имеет двухслойную схему с использованием 24 светодиода WS2812B в спиралевидном последовательном соединении с охлаждающей подставкой, микроконтроллером, блоком ЦАП, модулем передачи ESP8266-12F, блоком питания и зуммером за схемой.В этом разделе обсуждаются компоненты системы измерения, от датчиков до передающего модуля. Дальнейшая разбивка деталей прототипа представлена ​​в таблице 3, включая рабочие напряжения, рабочие токи, рабочие температуры и цены.

3.2. Шлюз сервера

Сервером считается компьютер, подключенный к сети и обладающий высокой производительностью обработки, как показано на рисунке 3.Сервер позволяет пользователям устанавливать программное обеспечение, которое, в свою очередь, позволяет им запрашивать услуги и ресурсы. В настоящее время доступно множество серверов; к ним относятся виртуальные серверы Google, такие как Firebase или другие бесплатные серверы. Как правило, эти системы просты, общедоступны и удобны в использовании и имеют систему статических IP-адресов. Однако у них есть и недостатки:
(i) Ограниченное долгосрочное использование; сборы должны быть оплачены, чтобы получить лучшие функции (ii) Ограниченная возможность настройки сервера из-за дорогих услуг подписки (iii) Дорогостоящая система с дорогими счетами из-за зависимости от сторонних поставщиков

Преимущества создания частного Серверные системы следующие:
(i) Отсутствие ограничений на ресурсы сервера, что увеличивает пространство для хранения и пропускную способность, а также обеспечивает одновременный доступ.Следовательно, нет необходимости делиться с другими пользователями (ii) Возможность устанавливать и настраивать систему в соответствии с индивидуальными потребностями (iii) Возможности безопасности, настраиваемая конфигурация и частный протокол (iv) Быстрый удаленный доступ для администраторов и простое обновление при необходимости (v) Возможность изучать и внедрять больше протоколов, что стимулирует творчество и возможности поиска (vi) Несколько пользователей и устройств могут быть авторизованы одновременно

Как указано в нашей предыдущей работе, лучший выбор для сервер — Raspberry Pi 3+ [42].Хороший сервер — один из важнейших факторов. Однако серверы и виртуальные серверы, доступные в настоящее время на рынке, часто дороги в аренде или бесплатны для использования, но не работают эффективно.
(i) Для создания сервера требуется только Raspberry Pi 3+, так как его можно использовать со многими пользователями и устройствами (ii) Простота программирования и доступа, поскольку основной операционной системой Raspberry является Linux (iii) Высокая скорость сети поддерживает новейшие версии две полосы пропускания (iv) Высокая скорость четырехъядерного процессора 1,4 ГГц обеспечивает отличную производительность для малых и средних проектов

3.3. Конфигурация устройств

Схема, представленная на рисунке 4, суммирует основные взаимодействия, которые могут быть выполнены шаг за шагом в интеллектуальной системе освещения. Перед подключением устройств друг к другу они подключаются к серверу (именуемому программным IP-адресом самообслуживания 192.168.4.1 — это можно изменить), чтобы узнать, могут ли они подключаться друг к другу, что позволяет управлять пропускной способностью сети. Кроме того, параметры связи также контролируются сервером.

3.4. Функциональность IoT Smart Light

На рисунке 5 показана схема применения интеллектуального освещения IoT для реальной системы, в которой используются три компонента: первый — это сервер, который позволяет пользователям подключаться к сети; вторые — это устройства, характеризующиеся модулями, представленными в таблице 3, которые интегрированы в печатную плату; третьи — это пользователи, которые управляют устройствами для мониторинга и обнаружения движения в реальном времени через Wi-Fi или Интернет. Каждое устройство может обмениваться данными со всеми другими устройствами в системе интеллектуального освещения IoT.Семь подробных шагов, необходимых для подключения одного пользователя к одному устройству, сформулированы следующим образом:

(i) Начальная конфигурация . Сервер должен быть настроен таким образом, чтобы все узлы в указанной сети могли обмениваться данными. Это означает, что для него требуется адрес со шлюзом, который всегда открыт. Затем демонстрационная начальная конфигурация сервера может включать в себя следующие элементы, как показано в блоке 1:

87db2ab433d96f6d178cabfce90″,
«PassWord»: «8d969eef6ecad3c203000a3cd6d205c06e6ecd6d6d6e6e6e6ecd3cd6d6e6e6e6ecd6d6e6ec5 После прохождения процесса аутентификации сервер отправляет пользователю идентификатор, называемый пользователем маркера, который является устройством маркера, и включает устройство маркера, чтобы устройство могло напрямую связываться с устройством. В этом эксперименте используется устройство с двумя ручками, такое как SmartLight_3AF3 и SmartLight_3AF4.
{‘Сообщение’: ‘Сервер принят’, ‘Тип’: ‘DevGreeting’, ‘Токен’: ‘d8c1cfd5a7a345309c388e24cee3de64
‘, ‘Обновление’: 207, ‘Сервер’: ‘Python’, ‘EspSid1’: ’91d9365f8834464c1d867 ‘EspName’: ‘SmartLight_3AF3’, ‘EspSid2’: ‘2ee1a6ed939f4d8485441353508d5d19’, ‘EspName’: ‘SmartLight_3AF4’}

Шаг 6 (S6). Пользователь выбирает устройство и отправляет файл в следующем формате: «токен пользователя + токен устройства + сообщение». Крайне важно, чтобы пакет JSON включал вышеуказанную информацию, чтобы его можно было разрешить в среде реального времени, где пакет затем отправляется прямо на устройство.
(i) «Пользователь с маркером + устройство с маркером 1 + сообщение» или (ii) «Пользователь с маркером + устройство с маркером 2 + сообщение» или (iii) «Пользователь с маркером + устройство с маркером 3 + сообщение» {‘Имя’: ‘0a041b9462caa4a31bac3567e0b6e6fd

87db2ab433d96f6d

c’ ,
‘Знак’: ‘d8c1cfd5a7a345309c388e24cee3de64’
‘ToEsp’: ‘f0d08d2501e41e2743b057fab38ac7782d4f8652d99c31a04342fece03402fa4’
‘Знак’: ’91d9365f88344c1d86546f1d67be083e’
‘Тип’: ‘DevCommand’, ‘Сообщение’: ‘LMode’, ‘Ename’: ‘ DirectMes ‘,’ Обновление ‘: 0,’ V0 ‘: 50,’ V1 ‘: 50,’ V2 ‘: 50,’ V3 ‘: 50,’ V4 ‘: 1,’ V5 ‘: 0,’ V6 ‘: 0 , ‘V7’: 0, ‘V8’: 0, ‘V9’: 0, ‘V10’: 0, ‘V11’: 0, ‘V12’: 0, ‘V13’: 0, ‘V14’: 0, ‘ V15 ‘: 0}

Шаг 7 (S7). Устройство отправляет обратно сообщение от пользователя. Затем результат отправляется в формате файла JSON, начиная с «пользователь-токен + устройство-токен», на устройства SmartLight_3AF3 и SmartLight_3AF4.
{ ‘Имя’: ‘f0d08d2501e41e2743b057fab38ac7782d4f8652d99c31a04342fece03402fa4’
‘Знак’: ’57d7284f4432d7b40f03990d8777c34925bdca95183a967a7f50726d83edd5a7′
‘ToSid’: ‘0a041b9462caa4a31bac3567e0b6e6fd

87db2ab433d96f6d178cabfce90′
‘Знак’: ‘8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92’
‘Тип’: ‘EspPolling’, ‘EMC’: ‘0’, ‘Влажность’: ‘74.28 \% ‘,’ Температура ‘:’ 28,60 ° C ‘,’ Pir Sensor S1 ‘:’ Connect ‘,’ Pir Sensor A1 ‘:’ ON ‘,’ V0 ‘: 50,’ V1 ‘: 50,’ V2 ‘ : 50, «V3»: 50, «V4»: 1, «V5»: 0, «V6»: 0, «V7»: 0, «V8»: 0, «V9»: 0, «V10»: 0 , ‘V11’: 0, ‘V12’: 0, ‘V13’: 0, ‘V14’: 0, ‘V15’: 0, ‘Update’: 400}
{‘Name’: ‘ded4f806888f56a3a948a16faace4471af877a02f68687fb50471b395bc

87db2ab433d96f6d178cabfce90′
‘Знак’: ‘8d969eef6ecad3c29a3a629280e686cf0c3f5d5a86aff3ca12020c923adc6c92’
‘Тип’: ‘EspPolling’, ‘EMC’: ‘0’, ‘Влажность’: ‘74.28 \% ‘,’ Температура ‘:’ 28,60 ° C ‘,’ Pir Sensor S1 ‘:’ Connect ‘,’ Pir Sensor A1 ‘:’ ON ‘,’ V0 ‘: 50,’ V1 ‘: 50,’ V2 ‘ : 50, «V3»: 50, «V4»: 1, «V5»: 0, «V6»: 0, «V7»: 0, «V8»: 0, «V9»: 0, «V10»: 0 , ‘V11’: 0, ‘V12’: 0, ‘V13’: 0, ‘V14’: 0, ‘V15’: 0, ‘Update’: 400}

В этом исследовании рассматривается взаимодействие между несколькими пользователями и несколькими устройствами. безопаснее за счет использования сервера на базе SHA-256. На рисунке 6 описана системная структура улучшенного процесса, включая базу данных , пользователя , изобретение , услуги и в реальном времени.Особенности функциональных возможностей модуля описаны ниже.
(i) Сервер . Включена общая модель сервера (пользователь, служба, реальное время и база данных)
(1) Пользовательский блок состоит из пакета проверки данных пользователя, которому сервер доверяет и который использует для аутентификации, получения и записи токенов пользователя и устройств токенов. (2) Подразделение услуг предоставляет услуги передачи данных, веб-службы и приложение. для пользователей (3) Блок реального времени — это среда передачи данных, которая действует как мост от устройства к пользователю (4) Блок базы данных содержит информацию о пользователе и пароль, с помощью которого сервер получает доступ и извлекает данные для аутентификации. (ii) База данных .Интернет вещей создает большие объемы данных, включая потоковые данные, данные временных рядов, идентификатор пользователя, пароли и сенсорные данные. Эффективное управление этими данными требует использования базы данных. Однако для мощного генерирования данных IoT требуется отдельная разновидность базы данных. В этом исследовании применяется TinyDB, легкий движок NoSQL, который можно использовать для хранения структурированных данных. Он также поддерживает хранение данных в виде файлов JSON на сервере или сохраняет данные JSON в своей памяти для ускорения доступа (iii) пользователей .Название SHA-256 расшифровывается как «256-битный алгоритм безопасного хеширования» и применяется для криптографической безопасности.
(1) Алгоритм SHA-256 является надежным алгоритмом [43, 44] (2) SHA-256 создает адреса биткойнов для повышения безопасности и защиты. (3) Алгоритм криптографического хеширования создает уникальные и необратимые хэши. Чем больше количество возможных хеш-функций, тем ниже вероятность того, что два значения дадут одно и то же хеш-значение. Сначала применяется 32-битный SHA-256, чтобы избежать атак грубой силы. (4) Хеширование с SHA-256, применяемое в этой статье, представлено в алгоритме 1 и описано в таблице 4 (iv) Services .Сервисный блок включает передачу данных и использует платформу веб-приложений для пользователей (v) В реальном времени . Современные веб-приложения эволюционировали и теперь значительно отличаются от того, когда они впервые появились, благодаря множеству новых методов и возможностей, которые доставляют свежий, захватывающий опыт. Они также удобны для пользователей. Веб-технологии в реальном времени становятся все более популярными. Некоторые приемы и методы помогают создавать приложения реального времени, такие как Ajax long, polling, server-sent events (SSE), Comet и WebSocket.Следует отметить, что WebSocket с поддержкой HTML становится доминирующим. Исследовательская группа использует WebSocket с библиотекой Socket.IO. WebSocket — это протокол, который поддерживает двустороннюю передачу данных между сервером и клиентом по одному TCP-соединению. Более того, WebSocket предназначен для передачи данных через порт 80 и порт 443 и является частью HTML5. Поскольку WebSocket может работать с обычными веб-шлюзами, нет необходимости преодолевать трудности с открытием шлюзов для приложений или беспокоиться о том, что их заблокируют брандмауэры или прокси-серверы.Socket.IO — это библиотека, используемая для мобильных и веб-приложений для разработки приложений в реальном времени. Благодаря своим надежным и простым в использовании функциям Socket.IO все чаще используется для сайтов социальных сетей, которые требуют активного взаимодействия с блогами или сайтами электронной коммерции. С этой библиотекой работа с WebSocket становится намного проще

4.Создание умного дома с помощью системы интеллектуального освещения

В этом разделе представлены настройки конфигурации для начальной конфигурации и демонстрационные платформы, используемые для системы.

4.1. Первоначальная конфигурация

Различные модули должны быть настроены до того, как интеллектуальная подсветка IoT начнет работать. Во-первых, узлы Интернета вещей с пятью модулями и одной лампой необходимо аккуратно подключить к печатной плате. Затем они должны быть подключены к локальной сети на всем сервере.Затем сетевые параметры каждого узла IoT необходимо настроить вручную через веб-приложение для подключения к WebSocket. Для этого Raspberry Pi 3+ настроен на серверный шлюз, так что к нему можно получить доступ с помощью обычного веб-приложения через программный IP-адрес самообслуживания 192.168.4.1. После самообслуживания узлы IoT могут быть подключены к Wi-Fi, где веб-интерфейс позволяет определять статус Wi-Fi. Для простоты сервер настроен на назначение переадресации портов + DNSS для Web HTML.Перенаправление портов — это процесс перенаправления определенного порта из одной сети в другую. Это позволяет внешним пользователям легко получить доступ к внутренней интрасети через динамический DNS-маршрутизатор (динамический DNS), который предоставляет определенную программу, которая запускается на компьютере пользователя службы перевода. Эта программа отслеживает изменения IP-адреса на главном компьютере и связывается с системой DNS всякий раз, когда IP-адрес хоста (который предоставляется провайдером динамическим методом) изменяется. Затем программа обновляет базу данных DNS, добавляя информацию об изменении этого адреса.Таким образом, даже если сервер постоянно меняет свой адрес, имя домена назначается новому IP-адресу серверной системой 1DNS. Динамический адрес домена, DDNS, ведет к домашнему интернет-модему и запрограммирован на постоянное обновление динамического IP-адреса модема. Наконец, стоит учитывать, что датчики необходимо калибровать перед работой (и периодически во время использования), чтобы поддерживать точность данных:
(i) Датчик PIR D203B PIR . Пироэлектрический пассивный инфракрасный датчик (PIR) является цифровым и регулярно используется в повседневной жизни.Более того, процедура его измерения очень проста, так как активные датчики могут обнаруживать изменения в окружающей среде, когда передаваемый сигнал нарушается. (Ii) Влажность и температура SHT31 . В этой системе используется промышленный термометр. Нет необходимости калибровать весь рабочий диапазон, а температура от 10 ° C до 40 ° C не вызовет срабатывания сигнализации. Однако, если температура упадет ниже 10 ° C или поднимется выше 40 ° C, будет активирован сигнал тревоги.

После завершения такой настройки узел IoT подключается к шлюзу сервера и начинает взаимодействовать с сетью.Статус подключения отображается в веб-приложении.

4.2. Конфигурация программного обеспечения

После подготовки модуля, показанного в таблице 3, все детали, встроенные в печатную плату, помещаются в реальную среду для проведения различных экспериментов, как показано на рисунке 2. Другой важной особенностью является конфигурация программного обеспечения. Использование открытого исходного кода не обязательно, чтобы гарантировать, что фреймворк может быть проактивным и зашифровать дизайн структуры. Использование открытого исходного кода приводит к нашей системе, которой легко управлять с помощью привлекательного приложения, показанного на рисунке 7, которое использует несколько плагинов, чтобы сделать задачи домашней автоматизации полностью автономными.Веб-приложение разработано с помощью программирования HTML, JavaScript и CSS с интегрированной технологией реального времени, что позволяет пользователям управлять системой в любое время и в любом месте. Практически ни одно связанное с этим исследование умных домов IoT не рассматривало использование технологий безопасности даже в коммерческих операциях. Это связано с тем, что устройство с ограниченными ресурсами обычно недостаточно мощно для обработки защищенных протоколов связи. Поэтому в случае этой системы мы применили SHA-256 для повышения безопасности интеллектуального дома IoT, как показано на рисунке 6.

5. Оценка системы IoT Smart Light

5.1. Показатели успешной доставки пакетов

Чтобы проверить и подтвердить надежность и стабильность системы интеллектуального освещения IoT, в этом разделе статьи основное внимание уделяется показателям успешной доставки пакетов ESP 8266-12F на различные расстояния. Время отклика канала беспроводной связи определяется как время, необходимое интеллектуальному свету Интернета вещей для выполнения задачи отправки команды на устройства ESP 8266-12F и получения ответа от соответствующего устройства.В таблице 5 перечислены различные способы проверки существующей сети Wi-Fi. Все команды отправляются и принимаются с использованием метода TCP, чтобы гарантировать, что элементы управления переданы в нужное место. Первое значение, показанное в таблице 6, представляет собой расстояние от сервера до узла IoT, изменяя значение RSSI от -58 дБ до -80 дБ, и отображает частоту ошибок отправленных и потерянных пакетов. Следовательно, чем больше расстояние, тем выше частота ошибок. Также стоит учесть, что результаты и результаты, представленные на рисунке 8, были получены из обычного трафика в системе умного дома IoT.Результаты показывают, что следует тщательно продумать рабочую частоту, чтобы повысить и максимизировать вероятность успешной доставки пакетов.

5.2. Изменение пропускной способности Wi-Fi во время отклика при выполнении команды

На диаграмме, представленной на рисунке 9, показано время отклика в зависимости от размера переданного пакета, который отправляется с портативного устройства на точку доступа IoT через Wi-Fi. сеть с вариацией пропускной способности Wi-Fi. На этом рисунке пропускная способность Wi-Fi варьируется от 0 до 3000 кБ / с. Горизонтальная ось показывает изменение пропускной способности Wi-Fi, а вертикальная ось представляет собой сумму времени ответа HTTP и сокета.Время отклика ввода-вывода. При пропускной способности Wi-Fi от 0 до 3000 кбит / с общее время отклика Wi-Fi оказывает минимальное влияние. Из-за используемой системы, внешний интерфейс: с использованием протокола HTTP на платформе TCP / IP, поскольку между передаваемыми пакетами выполняется проверка ошибок передачи, внутренняя часть будет иметь высокую задержку: используйте протокол Socket.IO для чрезвычайно быстрой передачи данных, потому что между во время передачи не было отправлено никаких проверок ошибок пакета передачи.

5.3. Изменение процентной доли ЦП (% ЦП)

На рисунке 10 показано изменение пользователя в зависимости от процентной доли ЦП (% ЦП), где диаграмма% ЦП отображает использование ЦП виртуальной машины и значения.Систему также можно использовать одновременно с несколькими пользователями. Оценка производительности системы играет важную роль в системе IoT, поскольку к серверной системе могут быть одновременно подключены десятки или даже сотни устройств. Следовательно, необходимо оценить производительность на практике, чтобы определить стабильность и надежность.

5.4. Проектирование и реализация IoT Smart Light

В этом подразделе описывается реализация интерфейса с подключением IoT.Мобильное приложение используется для управления включением и выключением устройства пользователями. У этого приложения есть два режима: автоматический и ручной. Автоматический режим активируется, когда IoT-устройства обнаруживают изменение зоны покрытия датчиков. Более того, пользователи могут взять на себя управление устройством и включить или выключить систему с помощью мобильного приложения, как показано на Рисунке 11.

5.5. Сравнение процесса аутентификации с SHA-256 и без него

В среде умного дома, подобной тем, которые обсуждаются в этой статье, интеллектуальные устройства передают данные по беспроводной сети.Между устройствами передается множество данных, и такие данные могут просочиться, если неавторизованное устройство получит доступ или взломает среду умного дома. Из-за этого потенциального нарушения безопасности интеллектуальные устройства в среде реализуют правило аутентификации во всем модуле аутентификации. Чтобы подчеркнуть эффективность использования SHA-256, в этой статье представлены преимущества его использования по сравнению с его неиспользованием. Как показано на рисунке 12, хакеры могут получить информацию о конфигурации сети, если им удастся найти IP-адрес сервера.Это может быть очень опасно для всех заинтересованных сторон, потому что они могут взять под контроль интеллектуальные устройства в доме, и дом станет небезопасным. Использование SHA-256 дает много преимуществ при попытке сделать умный дом максимально безопасным и надежным. Это полезно, потому что мы стремимся обеспечить надежную основу безопасности для всех устройств.

(a) Framework без использования SHA-256
(b) Framework с использованием SHA-256
(a) Framework без использования SHA-256
(b) Framework с использованием SHA-256

6.Выводы

В умных домах были внедрены многочисленные технологии Интернета вещей для улучшения качества жизни домовладельцев. В этом контексте в данном исследовании предлагается отличный актив для умного дома. Мы разработали и внедрили систему для управления домом, которая состоит из трех частей: оборудования, сервера с высокой степенью защиты и веб-приложения. Оборудование узла IoT было разработано для тестирования в реальных условиях и для получения информации IoT с любого устройства. Был разработан и реализован сервер для управления узлами Интернета вещей в системе.Наконец, было создано приложение для использования в любое время и в любом месте на смартфоне или в веб-браузере по каналу связи Wi-Fi для управления интеллектуальной системой IoT в режиме реального времени. Это приложение позволяет выполнять как автоматическое, так и ручное функциональное управление, которое является гибким для пользователя. Передовая система Интернета вещей была установлена ​​в Университете Тон Дык Тханг, Вьетнам. Результаты показали очевидные потенциальные преимущества умного дома, включая надежную безопасность и низкую стоимость. Прежде всего, это исследование направлено на демонстрацию огромного потенциала всех цифровых технологий для умных домов.

Сокращения

Доступность данных

Экспериментальные данные, использованные для подтверждения выводов этого исследования, доступны у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа поддержана факультетом электротехники и электроники Университета Тон Дык Тханг.

Интернет вещей для умных домов и зданий

Введение

Несколько лет назад развитие Интернета вещей (IoT) считалось технологией следующего поколения.Благодаря достижениям в области цифровых технологий Интернет вещей больше не является модным словом? скорее это реалистичная технология. Прогноз будущего роста и инвестиций обнадеживает: Cisco прогнозирует, что к концу 2015 года будет подключено 25 миллиардов устройств, а к 2020 году — 50 миллиардов. В 21 веке к Интернету подключено больше устройств, чем людей? более 12,5 миллиардов устройств в 2010 году. В прототипе Интернета вещей (IoT) некоторые объекты, доступные в среде, будут находиться в сети связи и могут быть доступны в любой части мира.Технологии радиосвязи и сенсорных сетей будут обретать форму для решения новых задач, среди которых информационные и коммуникационные системы, которые будут развернуты в окружающей среде. Бесспорно, ключевым преимуществом подхода IoT является необычайное впечатление, которое он произведет на различные аспекты повседневной деятельности потребителей. Интернет вещей включен Национальным разведывательным советом США (NIC) в таблицу из шести «Подрывных гражданских технологий». с предполагаемым влиянием на национальную мощь США.NIC прогнозирует, что к 2025 году интернет-узлы могут присутствовать во всем? от продуктовых пакетов до медицинских препаратов и измерительных приборов, от крошечных предметов домашнего обихода до мебели и т. д. ( Atzori et al 2010 ; Cook 2012 ).

В последнее десятилетие были предприняты обширные исследования современных технологий, основанных на беспроводном зондировании, таких как интеллектуальные датчики и платформы и узлы исполнительных механизмов, протоколы радиосвязи, гетерогенные сенсорные сети и программно определяемые радиостанции.В последние несколько лет данные датчиков пересекли границы локального домашнего шлюзового сервера и достигли удаленного доступа через Интернет. Эта сенсорная информация анализируется и обрабатывается на более высоком уровне абстракции для принятия решений посредством интеллектуального анализа данных и алгоритмов и моделей машинного обучения. Недавно появившаяся область, которая объединяет данные зондирования с интернет-средствами для удаленного доступа, — это семантическая сеть датчиков ( Aijaz 2015 ; Khan et al 2014 ; Yang et al.2014 ).

В этой многогранной ситуации применение модели IoT к городской среде представляет интерес для жителей. Многие национальные правительственные центры исследований и разработок внедрили передовые решения в области информационных и коммуникационных технологий для надзора за деятельностью людей, и это принятие представляет собой концепцию умного города и дома. Несмотря на то, что до сих пор не существовало общепризнанного и признанного во всем мире определения понятия «умный город и дом», конечной целью является более эффективное использование имеющихся ресурсов и повышение качества услуг, предоставляемых населению, при одновременном сокращении эксплуатационные расходы на общие помещения.Кроме того, еще одним ключевым направлением деятельности является мониторинг деятельности и формирование профиля благополучия людей. Эти две цели могут быть достигнуты путем размещения городского и пригородного Интернета вещей: то есть инфраструктуры радиосвязи, которая обеспечивает интегрированный, простой, гибкий и рентабельный доступ к услугам для людей, следовательно, повышая прозрачность для жителей. IoT в городах и пригородах, возможно, принесет ряд преимуществ при наблюдении и использовании обычных объектов, таких как:

• транспорт и автостоянки;

• освещение;

• наблюдение и уход за местами общего пользования;

• систем канализации и водоснабжения;

• распределение электроэнергии; и

• службы экстренной медицинской помощи.

На микроуровне подход «умного города» включает сценарий умного дома; но аспекты анализа данных, интеллектуального анализа данных и машинного обучения определяют конкретные возможности решений для умного дома. Решение «Умный дом» может применяться в различных сферах жизни с оказанием помощи в условиях окружающей среды (AAL). AAL поддерживает и предлагает модель благополучия и прогноз активности, которые могут помочь жителям увеличить продолжительность их жизни. Кроме того, он связывает эту информацию о принятии решений с веб-сервером для удаленного доступа к лицам, осуществляющим уход, и службам экстренной поддержки.Ранние пользователи таких технологий принимают и разрешают их у себя дома ( Ganz et al 2015 ; Vongsingthong & Smanchat 2014 ; Yang et al 2014 ).

По-прежнему возникает ряд вопросов относительно того, как приложения и решения IoT будут развиваться и развертываться в умных домах и зданиях, поэтому возникает множество новых проблем, касающихся сетевых характеристик. Фактически, устройства, составляющие IoT, будут иметь ограниченные ресурсы как с точки зрения вычислений, так и с точки зрения мощности; таким образом, предлагаемые решения должны учитывать эффективное использование ресурсов в дополнение к проблемам масштабируемости.Кроме того, эти вопросы связаны с безопасностью, надежностью, сложностью, обнаруживаемостью и функциональной совместимостью. Широкое распространение таких современных технологий может привести к риску в будущем. Несомненно, очевидно, что использование повседневных объектов и других действий, связанных с IoT, может вызвать распространение информации и вызвать проблемы с безопасностью.

Многочисленные промышленные, стандартизационные и исследовательские организации в настоящее время проводят исследования по разработке решений, удовлетворяющих требованиям высоких технологий.Один из лучших возможных подходов мог бы реализовать несколько пилотных проектов по тестированию и развертыванию датчиков, обработке больших данных датчиков и загрузке информации на облачные серверы. Существует большое количество компаний, которые вложили большие деньги в исследования и разработки в области Интернета вещей, таких как интеллектуальные датчики (Bosch, STMicroelectronics, IoT ignition lab Moscow), встроенные системы (ARM, Infineon), программное обеспечение (Atos, SAP, Microsoft Azure. ), сетевых поставщиков (Ericsson), телекоммуникационных компаний (Orange) и интеграторов приложений (Siemens, Philips) (Chen et al 2014 ; Ganz et al 2015 ; Gluhak et al 2011 ; Tunca et al 2014 ).

В нашем исследовании мы представляем реалистичный подход к достижению оптимальной производительности системы мониторинга умного дома на основе Интернета вещей. Реалистичное приложение для обнаружения активности и прогнозирования характера жизни с оказанием помощи в условиях окружающей среды ставит различные задачи. Чтобы предложить согласованное решение, мы внедрили умный дом, основанный на интегрированной структуре для анализа действий жителей на основе данных в реальном времени. Система выполнена на двух уровнях: аппаратном и программном. На аппаратном уровне развернуты гетерогенные датчики состояния здоровья, чтобы получать данные о различных действиях и событиях и собирать их на сервере через координатора.Программные модули подразделяются на разные уровни, такие как регистрация данных, извлечение данных и хранение данных; но их конечная задача — прогнозировать изменение активности и соотносить его в реальном или близком к реальному времени с состоянием здоровья жителей.

Остальная часть статьи организована следующим образом. В разделе II представлена ​​общая структура IoT для AAL с обзором системной архитектуры для городского IoT, чему может способствовать развертывание беспроводных датчиков и сетей (WSN), загрузка и анализ данных датчиков.В разделе III представлено описание разработанной системы; В этом разделе описываются интеллектуальные узлы беспроводного зондирования и подход к веб-сервисам для реализации услуг IoT с соответствующими представлениями данных и протоколами радиосвязи, а также с соответствующими технологиями верхнего уровня. Наконец, в разделе IV представлены результаты экспериментов на основе реалистичного «Умного дома».

Общая структура IoT для Умного дома

Реализация концепции IoT в реальном мире стала возможной благодаря объединению множества поддерживающих технологий.В следующем разделе представлена ​​структура подхода IoT, который наша исследовательская группа реализовала за последние несколько лет ( Ghayvat et al 2015) .

Конфигурация и размещение датчика

У каждой беспроводной сенсорной сети есть координатор (C). Для каждой отдельной сети существует ровно один координатор, и это устройство, которое берет на себя ответственность за создание сети. Этот координатор получает данные от связанных с ним узлов датчиков, а также выполняет удаленную настройку и обнаружение неисправностей.Маршрутизаторы (Rs) применяются для расширения зоны покрытия сети для беспроводной связи. Помимо Координатора и Маршрутизаторов, есть еще два типа устройств: устройство, которое может быть сконфигурировано (запрограммировано) как конечное устройство (ED) или конечное устройство плюс маршрутизатор (EDR). Они передают свои данные напрямую родителям; родительский элемент может быть Координатором или другим узлом Маршрутизатора. ED не может передавать данные других узлов. Маршрутизаторы повторно передают пакеты своих соседей по назначенному пути, в то время как узел EDR может передавать свои данные, а также данные своих соседей.Узлы распределены на разных расстояниях в домашней среде, и данные отправляются по сети координатору. Система интеллектуального мониторинга и автоматизации предназначена для разнородных датчиков. Координатор имеет право выбирать каналы, PAN ID (уникальный идентификационный номер персональной сети, который принадлежит только определенному WSN), политику безопасности и профиль стека для сети. Обнаружение эффективного радиоканала для работы WSN является обязанностью Координатора.( Бакар и др., 2016 ; Гайват и др., 2015 г. ; Келли и др., 2013 г., ).

Анализ данных датчика

Среда умного дома требует распознавания повседневной активности на основе базовых данных датчиков, и эти необработанные наборы данных являются составными и нерегулярными, чтобы их можно было преобразовать в заранее определенные сценарии. Даже после преобразования этих необработанных данных довольно проблематично обеспечить создание соответствующих шаблонов и действий, поскольку эти наборы данных относятся к разным временным и сенсорным модальностям.В умном доме анализ данных включает два уровня: сенсорные данные более низкого уровня и данные об активности более высокого уровня. Анализ основан на алгоритмах и моделях интеллектуального анализа данных и машинного обучения. Классификация сенсорных данных низкого уровня превращает наблюдения в действия. Перед этим процессом классификации необработанные данные, собранные с низкоуровневых датчиков, должны пройти некоторые этапы анализа данных, такие как предварительная обработка, сегментация и извлечение признаков. Распознавание и обнаружение активности выполняется после фазы классификации.На рисунке 1 показаны этапы анализа данных датчика низкого уровня (Suryadevara & Mukhopadhyay 2012 ). Все события классифицируются и распознаются по данным датчиков; События включают приготовление пищи, прием пищи, пользование туалетом, время приема лекарства, вход и выход из дома и многое другое.

Загрузка данных

Наконец, после обработки и анализа извлеченная информация используется для принятия решений, чтобы оценить действия высокого уровня, чтобы узнать больше о распорядке дня и привычках жителей.Наконец, данные загружаются на веб-сайт, который может быть доступен удаленному клиенту / опекуну / обслуживающему персоналу ( Сурядевара и др., 2013 г. ; Сурядевара и Мукхопадхьяй, 2012 г. ; Сурядевара и др., 2015 г. ).

Рис. 1. Анализ данных датчика низкого уровня

Описание разработанной интеллектуальной системы на базе Интернета вещей

Наш протокол Wellness включает определения радиочастотной связи, интеллектуальный анализ данных и модели машинного обучения.Этот протокол определяет комплексное решение для умного дома, начиная с сенсорного узла и заканчивая анализом в реальном времени, потоковой передачей данных, принятием решений и контролем. На рисунке 2 показаны функциональные блоки решения для мониторинга умного дома на основе протокола благополучия с помощью облачных вычислений.

На рис. 3 представлена ​​многоуровневая архитектура протокола оздоровления для решения «умный дом» на основе Интернета вещей. Велнес-устройства на Рисунке 3 представляют собой интеллектуальные беспроводные сенсорные узлы (IWSN), которые разработаны на плате Intel Galileo: эти узлы передают данные координатору.Координатор подключен к локальному домашнему серверу шлюза через последовательный порт связи. Извлечение данных из необработанных пакетов выполняется логикой программного обеспечения сбора данных. Извлеченные данные хранятся на сервере MYSQL. Оттуда, в зависимости от приложения, информация загружается на веб-сайт.

Рисунок 2. Функциональное описание разработанной системы мониторинга умного дома

Рисунок 3. Архитектура системы протокола Wellness

Большинство систем умного дома на основе Интернета вещей хорошо работают в тестовой среде, но не могут обеспечить приемлемую производительность в реалистичной домашней среде, в которой обитатель ведет обычный образ жизни.Решение для умного дома на основе протокола оздоровления было разработано и реализовано в реалистичном существующем доме ( Ghayvat et al 2015 ). Компоновка умного дома с расположением и размещением датчиков показана на Рисунке 4. На нем показан дом для условий жизни с дополнительными услугами (AAL). Как видим, он содержит сеть разнородных датчиков. К этим датчикам относятся температура, сила, кнопка ручного оповещения, а также блоки мониторинга электронных и электрических устройств (датчики E&E).Все узлы зондирования основаны на логике событий и приоритетов, определенных протоколом оздоровления.

Рисунок 4. Схема размещения датчиков в умном доме

На рис. 5 показан тостер (устройство), подключенный к датчику E&E для использования и контроля мощности. На рисунке 6 представлена ​​кнопка ручной индикации: эта кнопка индикации используется в оздоровительной системе для некоторых полезных приложений, например, когда житель принимает пищу, или в любой чрезвычайной ситуации со здоровьем.Модель машинного обучения здорового образа жизни позволяет получать очень точные и эффективные прогнозы, получая данные о пищевых привычках. На рисунке 7 представлен датчик температуры наружного воздуха для измерения температуры наружного воздуха.

Рис. 5. Тостер подключен к блоку управления энергопотреблением и электроэнергией на основе протокола оздоровления

Рис. 6. Блок индикации (кнопки предупреждения), основанный на ручном управлении здоровьем

Рисунок 7.Наружный датчик для измерения наружной температуры

Данные от конечных узлов wellness передаются координатору в портативном домашнем шлюзовом сервере. Локальный сервер собирает данные; этот локальный домашний шлюз запрограммирован алгоритмом сбора данных датчика состояния здоровья для извлечения полезной информации из пакетов данных. Таким образом, проблема больших объемов данных решается на уровне узла; затем анализ извлеченных данных выполняется с помощью алгоритмов интеллектуального анализа данных и машинного обучения.Эти алгоритмы машинного обучения анализируют информацию для создания повседневных и контекстно-зависимых сценариев. С локального сервера эта информация анализируется и загружается на веб-сайт через Интернет. На рис. 8 показан локальный домашний шлюз и координатор, основанный на состоянии здоровья, который был разработан на плате Intel Galileo.

Рисунок 8. Локальный домашний сервер шлюза

Рис. 9. Медицинская информация в реальном времени, загруженная на веб-сайт

Результаты и обсуждение

Разработана система умного дома на основе Интернета вещей.Данные были собраны и переданы через алгоритмы интеллектуального анализа данных и машинного обучения для процесса принятия решений. Окончательная информация загружается на сайт. Информация на этом веб-сайте доступна только аутентифицированному пользователю через зарегистрированный идентификатор электронной почты и пароль.

Рис. 10. Информация об использовании неэлектрических приборов в реальном времени, загруженная на веб-сайт

На рисунках 9 и 10 показаны снимки с веб-сайта по мониторингу здоровья. Этот веб-сайт содержит данные за последние несколько месяцев.Чтобы увидеть историю мониторинга за определенный день, клиент должен выбрать день. На рисунке 9 представлен мониторинг питания и медикаментов жителя. Обитатель завтракает утром и принимает лекарства сразу после этого, и обычно принимает лекарства трижды в день. На рисунке 10 показана информация об использовании неэлектрических устройств. На нем показаны сон, еда и туалет: например, 30 ^-го августа житель спал 9 часов: 10 минут: 12 секунд.

На рисунках 11 и 12 представлено время задержки обработки между локальным домашним сервером шлюза и облачным сервером.При подходе с локальным домашним шлюзом компьютерная система и сервер развертываются дома для сбора данных и их обработки, тогда как при облачном подходе все данные из WSN напрямую выгружаются на облачный веб-сервер. . На рисунке 11 показана задержка для загрузки необработанных данных, а на рисунке 12 представлена ​​задержка для информации для принятия решений и загрузки. В обоих случаях время задержки обработки для локального домашнего сервера шлюза немного выше, чем для облачного подхода, поскольку облачный серверный подход позволяет избежать промежуточных этапов размещения компьютера локального домашнего шлюза в умном доме.При выгрузке данных разница в задержке между облачным и локальным как для случая выгрузки необработанных данных, так и для выгрузки обработанной информации составила около 400 мс. Однако разница в задержке между облачным и локальным домашним шлюзом невелика, но разумна для загрузки данных в реальном времени на веб-сервер, когда система содержит большое количество датчиков и обработки.

Рис. 11. Задержка обработки исходных данных для подхода gfbvcloud и локального домашнего шлюза

Заключение

Таким образом, наше видение будущего состоит в том, что IoT станет передовой службой в области обнаружения, связи, мониторинга и получения информации из огромных объемов данных.Система умного дома на основе Интернета вещей помогает улучшить качество жизни. Какими будут возможные жители? образ жизни? Существующая оздоровительная система на основе Интернета вещей была внедрена для мониторинга активности и прогнозирования благополучия в умном доме. Информация была загружена на веб-сайт либо локальным домашним сервером шлюза, либо облачным сервером. Новые исследовательские задачи безопасности и конфиденциальности возникают из-за связи между кибер и физическим миром для удовлетворения запросов потребителей.Ожидается, что эти исследовательские проблемы будут решены в будущем.

Рис. 12. Задержка загрузки окончательной информации для облачного и локального домашнего шлюза

Список литературы

Aijaz, A. 2015. Когнитивные межмашинные коммуникации для Интернета вещей: перспектива стека протоколов. Internet of Things Journal, IEEE, 2 (2), 103-112.

Атзори, L; Иера, А; Морабито, Г. 2010. Интернет вещей: обзор. Компьютерные сети, 54 (15), 2787-2805.

Бакар, У; Ghayvat, H; Хасанм, S; Мухопадхьяй, С. 2016. Обнаружение активности и аномалий в умном доме: исследование. Датчики и системы нового поколения (стр. 191-220): Springer.

Chen, S; Сюй, Н; Лю, Д; Центр; Ван, Х. 2014. Видение Интернета вещей: приложения, проблемы и возможности с точки зрения Китая. Internet of Things Journal, IEEE, 1 (4), 349-359.

Кук, Д. Дж. 2012. Насколько у вас умный дом? Science (Нью-Йорк, Нью-Йорк), 335 (6076), 1579.

Ganz, F; Puschmann, D; Барнаги, П; Каррез, Ф. 2015. Практическая оценка методов обработки информации и абстракции для Интернета вещей. Inte rnet of Things Journal , IEEE Volume: 2, Issue: 4 pp 340 — 354

Ghayvat, H; Mukhopadhyay, S; Gui, X; Сурядевара, Н. 2015. Умные дома на основе WSN и IOT и их распространение на умные здания. Датчики , 15 (5), 10350-10379.

Ghayvat, H; Mukhopadhyay, S.C; Гуй, X.2015.Технологии зондирования для интеллектуальных сред: обзор. Intelligent Environmental Sensing (стр. 1-31): Springer.

Глухак, А; Krco, S; Нати, М; Пфистерер, Д; Mitton, N; Разафиндраламбо, Т. 2011. Обзор средств экспериментального исследования Интернета вещей. Communications Magazine, IEEE, 49 (11), 58-67.

Kelly, S. D. T; Сурьядевара, Н. К.; Мухопадхьяй, С. С. 2013. На пути к внедрению Интернета вещей для мониторинга состояния окружающей среды в домах.Журнал датчиков , IEEE, 13 (10), 3846-3853.

Хан, М. С; Ислам, M. S; Дэн, Х. 2014. Дизайн реконфигурируемой сенсорной метки RFID в качестве общей сенсорной платформы для будущего Интернета вещей. Internet of Things Journal, IEEE, 1 (4), 300-310.

Suryadevara, N; Mukhopadhyay, S.C; Wang, R; Райуду, Р. 2013. Прогнозирование поведения пожилых людей с использованием данных беспроводных датчиков в умном доме. Инженерные приложения искусственного интеллекта, 26 (10), 2641-2652.

Сурьядевара, Н.К .; Mukhopadhyay, S. C. 2012. Система домашнего мониторинга на основе беспроводной сенсорной сети для определения благополучия пожилых людей. Sensors Journal, IEEE, 12 (6), 1965-1972.

Сурьядевара, Н.К .; Mukhopadhyay, S.C; Келли, С. Д. Т; Гилл, С. П. С. 2015. Интеллектуальные датчики и приводы на основе WSN для управления питанием в интеллектуальных зданиях. IEEE / ASME Transactions по мехатронике, 20 (2), 564-571.

Tunca, C; Алемдар, Н; Эртан, Н; Инсель, О.D; Эрсой, C. 2014. Мультимодальная беспроводная сенсорная сеть на основе окружающей среды, помогающая жить в реальных домах с несколькими жителями. Датчики , 14 (6), 9692-9719.

Vongsingthong, S; Сманчат, С. 2014. Интернет вещей: обзор приложений и технологий. Suranaree Journal of Science & Technology, 21 (4).

Ян, G; Се, L; Мантисало, М; Чжоу, X; Пан, Z; Да Сюй, L; Као-Вальтер, S; Чен, Q; Чжэн, Л.-Р. 2014 г .; Платформа Health-IoT, основанная на интеграции интеллектуальной упаковки, ненавязчивого биодатчика и интеллектуальной аптечки.»HGL + g`% GIJIQrK
‘е
конечный поток
эндобдж

688 0 объект
>
эндобдж
689 0 объект
>
транслировать
xc«b`, e`c`f0d

(PDF) Проектирование прототипа системы умного дома с использованием Интернета вещей

Индонезийский журнал электротехники и информатики

Vol.7, No. 1, July 2017, pp. 107 ~ 115

DOI: 10.11591 / ijeecs.v7.i1.pp107-115  107

Поступила 13 апреля 2017 г .; Пересмотрено 10 июня 2017 г .; Принято 28 июня 2017 г.

Прототип проекта системы умного дома с использованием Интернета

вещей

Тедди Сурья Гунаван * 1, Интан Рахмитхул Хусна Ялди2, Мира Картиви3, Нананг Исмаил4,

, Нор Фарахида Хасмаисбах Нурашикин Нордин7

1,2,5,6,7 Кафедра электротехники и вычислительной техники, Куллийа инженерия

3 Кафедра информационных систем, Куллийя ИКТ

Международный исламский университет Малайзии, Джалан Гомбак, 53100 Куала-Лумпур, (+603) 6196 4521

4 Кафедра электротехники, факультет науки и технологий

Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati, Бандунг, Индонезия

* Автор для переписки, электронная почта: tsgunawan @ iium.edu.my, [email protected]

Реферат

Система управления умным домом (SHCS) может быть интегрирована в существующую бытовую технику, чтобы уменьшить потребность

во вмешательстве человека, повысить безопасность и энергоэффективность. Тем не менее, это все еще нерешенная проблема

из-за таких трудностей, как расстояние до сети, помехи сигнала, неудобство для пользователя, повышенная стоимость

и энергопотребление. В этой статье рассматриваются различные темы, связанные с технологиями умного дома, включая систему управления

, сеть умного дома, бытовую технику и сенсорные технологии для умного дома.В этом исследовании

предложенный прототип домашней автоматизации позволяет пользователям удаленно включать и выключать любую бытовую технику

на основе Интернета вещей (IoT) с помощью усовершенствованного солнечного зарядного устройства. В этом прототипе

используются четыре типа датчиков: ИК-датчик, датчик температуры, ультразвуковой датчик и датчик дыма

для автоматического контроля окружающей среды и обнаружения вторжений. Аппаратное обеспечение, программное обеспечение и полевой дизайн

будут обсуждаться в этой статье.

Ключевые слова: Умный дом, Интернет вещей, Arduino, Солнечное зарядное устройство

Авторские права © 2017 Институт передовых технологий и науки. Все права защищены.

1. Введение

В настоящее время все больше людей осознают необходимость делать свои дома экологически чистыми.

. Умный дом позволяет пользователю управлять потребляемой энергией и увеличивать экономию

за счет управления освещением, оконными покрытиями, поливом и мониторингом использования.Мобильность и технологии

смартфонов увеличили интерес пользователей к управлению своими устройствами со смартфонов

. Автоматизированное управление устройством позволяет пользователям выполнять задачи до прибытия

домой. Система управления умным домом обеспечивает решение для вспомогательных технологий, особенно

инвалидам и пожилым людям, использующим мобильные приложения дистанционного управления. Согласно отчету [1],

, около 72% респондентов заявили, что саморегулирующийся термостат, а 71% сказали, что двери, которые можно запирать из удаленного места

, являются наиболее важными характеристиками, когда речь идет о большинстве

.

желаемых умных домашних устройства.На рисунке 1 показана функция «умного дома» и уровень энтузиазма пользователей

этой технологии.

Исследование умного дома стало популярным, однако эта система довольно неудобна для пользователя

для некоторых групп людей, таких как инвалиды и пожилые люди, из-за ее сложности и стоимости. Использование связи

GSM влечет за собой дополнительную плату за каждое сообщение, отправленное через сеть.

Кроме того, предлагаемая система должна иметь простой в использовании графический интерфейс для управления и мониторинга.

Использование веб-сервера — лучший выбор для решения этой проблемы, поскольку один веб-сайт

может охватить пользователей на многих различных типах мобильных устройств, тогда как для нативных приложений требуется разработка отдельной версии

для каждого типа устройства.

Это исследование представляет собой систему управления умным домом, которая улучшит работу дома

вручную. Требуется меньше персонала при одновременном повышении общей безопасности на

, интегрируя автоматические бытовые приборы на основе показаний датчика и кнопки руководства пользователя в

, разработанном интерфейсе веб-сайта.Автоматическая функция, основанная на информации датчика, сделала систему управления

эффективной и действенной. Концепция IP-сети

приложений и устройств в доме позволяет управлять бытовой техникой с

повсюду с ноутбука, мобильного телефона, планшета или смарт-телевизора, при условии, что эти устройства имеют

(PDF) Оценка производительности системы умного дома с использованием Интернета вещей

 ISSN: 2088-8708

Int J Elec & Comp Eng, Vol.8, No. 1, февраль 2018: 400 — 411

В таблице 8 показаны данные о входном напряжении, собранные системой контроллера заряда солнечной батареи за один рабочий день

. Батарея имеет начальное начало входного напряжения с 8,20 В в 8.00 часов. В 9.00 часов уровень заряда батареи

падает до 6,8 В. Слабая батарея затем включите МОП-транзистор между солнечной батареей и батареей, чтобы

позволил солнечной батарее перезарядить батарею. Уровень заряда батареи начинает постепенно повышаться с 6.От 8 В до 8,2 В в 9.00

часов до 9.30 часов. Затем аккумуляторные батареи полностью заряжаются системой в 10.00 часов, когда собранный уровень напряжения

составляет 8,946 В.

Таблица 8. Эксперимент на схеме солнечного зарядного устройства

Ошибка

% ((ошибка% солнечной батареи + ошибка батареи

%) / 2)

5. ВЫВОДЫ

В этой статье представлена ​​оценка производительности предлагаемой системы управления умным домом. Было проведено несколько экспериментов

для оценки пригодности выбранных датчиков, а также данных модулей связи

с использованием Ethernet W5100 и APC220 Wireles.Все датчики и модули связи

подключены к Arduino в качестве платформы IoT. Используя экран Ethernet

, можно реализовать простой веб-сервер, который может обеспечивать управление и контрольно-измерительные приборы системы умного дома

. Для соединения с настоящим бытовым прибором, таким как потолочный светильник, потолочный вентилятор, кондиционер,

требуется соответствующая цепь реле. Разработанные домашние эксперименты были протестированы несколько раз и подтвердили, что

контролируют различные домашние хозяйства.Результаты показывают, что SHCS была успешно протестирована на прототипе

и

в реальных условиях. Эффективная оценка производительности считается важной для создания успешной домашней системы smart

. Производительность проверена с очень низкой процентной ошибкой. Результаты показали, что разработанная система

улучшила традиционную систему умного дома, потому что ею можно управлять повсюду

через IoT, способную отслеживать и отслеживать любую опасную ситуацию, простой и удобный интерфейс для конечного пользователя

, защищать безопасность пользователя от посторонним, а также обеспечить резервное питание АКБ

и хоз.Дальнейшие исследования включают мониторинг энергопотребления и энергосбережение, повышенную безопасность и

дополнительных бытовых приборов.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы хотели бы выразить свою благодарность Международному исламскому университету Малайзии,

, который предоставил финансирование для исследования через схему грантов исследовательской инициативы, RIGS16-066-230.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] i. сетей, «Отчет о состоянии умного дома в 2015 г.» [https: // www.icontrol.com/blog/2015-state-of-the-smart-

home-report /], Дата обращения: 4 июня 2017 г.

[2] Т.С. Гунаван, IRH Ялди, М. Картиви, Н. Исмаил, Н.Ф. Заабах, Х. Мансор и А.Н. Нордин, «Проектирование прототипа

системы умного дома с использованием Интернета вещей», Индонезийский журнал электротехники и

Компьютерные науки, вып. 7, pp. 107-115, 2017.

[3] MR Alam, MBI Reaz и MAM Ali, «Обзор умных домов — прошлое, настоящее и будущее», IEEE

Transactions on Systems, Man, and Кибернетика, Часть C (Приложения и обзоры), т.42, pp. 1190-1203, 2012.

[4] Д.-М. Хан и Дж.-Х. Лим, «Разработка и внедрение систем управления энергопотреблением умного дома на основе

zigbee», IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol. 56, 2010.

[5] Н. Гершенфельд, Р. Крикориан и Д. Коэн, «Интернет вещей», Scientific American, 2004.

[6] Л. Нинцин, Ю. Хайян и Г. Чунмэн , «Проектирование и внедрение системы управления умным домом», в

Приборы, измерения, компьютер, связь и управление (IMCCC), 2013 Третья международная конференция

, стр.1535-1538, 2013.

[7] М. Ван, Г. Чжан, К. Чжан, Дж. Чжан и К. Ли, «Система управления устройствами на основе Интернета вещей для умных домов», в

Intelligent Control и обработка информации (ICICIP), Четвертая международная конференция 2013 г., стр. 744-747,

2013.

[8] Ю.-П. Цоу, Ж.-В. Се, К.-Т. Линь, Ч.-Й. Чен, «Построение сетевой системы удаленного диспетчерского управления для приложений умного дома

», в журнале «Системы, человек и кибернетика», 2006 г.SMC’06. Международная конференция IEEE, стр.

1826-1830, 2006.

[9] А. Браш, Б. Ли, Р. Махаджан, С. Агарвал, С. Саройу и К. Диксон, «Домашняя автоматизация в дикие: проблемы и

возможностей », в материалах конференции SIGCHI по человеческому фактору в вычислительных системах, стр. 2115-

2124, 2011 г.

Заявка на патент США на патентную заявку на SMART HOME И СИСТЕМУ БЕЗОПАСНОСТИ (заявка № 20210160461, выданная 27 мая 2021 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет в отношении U.S. Предварительная заявка на патент с серийными номерами 62/941 298, поданная 27 ноября 2019 г., и 63/060 277, поданная 3 августа 2020 г., каждая из которых полностью включена в настоящий документ посредством ссылки.

FIELD

Настоящее раскрытие относится к системам безопасности и умного дома, их компонентам и связанным способам.

Уровень техники

Известны различные типы систем безопасности и систем умного дома. Нужны доработки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте система безопасности для помещения содержит сеть передачи данных, включающую в себя беспроводную локальную сеть в помещении и глобальную сеть, выходящую за пределы помещения.Система безопасности включает в себя монитор безопасности, переносимый хостом, переносимый хост-объектом в помещении для мониторинга данных безопасности, связанных с хост-объектом. Монитор безопасности, переносимый на хосте, включает в себя множество датчиков данных безопасности. Множество датчиков данных безопасности включает в себя по меньшей мере датчик движения, датчик положения и по меньшей мере один из датчика температуры или датчика влажности. Датчик движения сконфигурирован для определения движения монитора, переносимого на хосте, и, следовательно, движения основного объекта.Датчик положения сконфигурирован так, чтобы определять положение размещенного на хосте монитора относительно эталона. Монитор безопасности, переносимый на хосте, включает в себя порт беспроводной связи, соединяющий монитор безопасности, переносимый на хосте, с беспроводной локальной сетью. Монитор безопасности, переносимый на хосте, включает в себя контроллер монитора безопасности и материальный носитель данных монитора безопасности. Материальный носитель данных монитора безопасности хранит инструкции, выполняемые контроллером монитора безопасности, которые при выполнении контроллером монитора безопасности обрабатывают данные датчика безопасности, по меньшей мере, от одного из датчиков данных безопасности, чтобы определить событие безопасности и передать сигнал события безопасности на сеть передачи данных.Система безопасности включает в себя устройство безопасности в помещении, связанное с монитором безопасности, переносимым на хосте. Защитное устройство включает в себя по меньшей мере один из датчика изображения, сконфигурированного для захвата данных изображения, датчика движения, сконфигурированного для обнаружения движения в поле зрения датчика движения, или переключателя, сконфигурированного для выборочного замыкания, чтобы оперативно обеспечивать электрическое питание электронного устройства. связаны с ним. Устройство безопасности включает в себя порт беспроводной связи, соединяющий устройство безопасности с беспроводной локальной сетью.Устройство безопасности включает в себя контроллер устройства безопасности и материальный носитель данных устройства безопасности. Система безопасности включает в себя сервер, расположенный удаленно по отношению к помещению и оперативно подключенный к глобальной сети. Сервер поддерживает связь с монитором безопасности, переносимым на хосте, и устройством безопасности через сеть передачи данных. Сервер включает в себя процессор системы безопасности и материальный носитель данных системы безопасности. Материальный носитель данных системы безопасности хранит инструкции, выполняемые процессором системы безопасности, которые при выполнении процессором системы безопасности определяют инструкцию действия на основе сигнала события безопасности, принятого в сети передачи данных от монитора, переносимого на хосте, и передают указанное действие инструкция к охранному устройству.Контроллер устройства безопасности реагирует на инструкцию действия от сервера, чтобы заставить устройство безопасности выполнить действие безопасности.

В другом аспекте система безопасности для помещения включает сеть передачи данных, включая беспроводную локальную сеть в помещении и глобальную сеть, выходящую за пределы помещения. Монитор данных безопасности в помещении контролирует данные безопасности в помещении. Монитор данных безопасности включает в себя по меньшей мере один из датчика движения, датчика положения, датчика температуры или датчика влажности.Датчик положения сконфигурирован для определения положения монитора данных безопасности относительно эталона. Монитор данных безопасности включает в себя порт беспроводной связи, соединяющий монитор данных безопасности с беспроводной локальной сетью. Монитор данных безопасности включает в себя контроллер монитора данных безопасности и материальный носитель данных монитора данных безопасности. Материальный носитель данных монитора данных безопасности хранит инструкции, выполняемые контроллером монитора данных безопасности, которые, когда они выполняются контроллером монитора данных безопасности, обрабатывают данные датчика от упомянутого, по меньшей мере, одного из датчика движения, датчика положения, датчика температуры или датчика влажности, для определения события безопасности и передачи сигнала события безопасности в сети передачи данных.Система безопасности включает в себя устройство безопасности в помещении, связанное с монитором данных безопасности. Защитное устройство включает в себя по меньшей мере один из датчика изображения, сконфигурированного для захвата данных изображения, датчика движения, сконфигурированного для обнаружения движения в поле зрения датчика движения, или переключателя, сконфигурированного для выборочного замыкания электрической цепи для подачи электроэнергии на оперативно подключенное к нему электронное устройство. Устройство безопасности включает в себя порт беспроводной связи, соединяющий устройство безопасности с беспроводной локальной сетью.Устройство безопасности включает в себя контроллер устройства безопасности и материальный носитель данных устройства безопасности. Система безопасности включает в себя сервер, расположенный удаленно по отношению к помещению и оперативно подключенный к глобальной сети. Сервер обменивается данными с установленным на хосте монитором безопасности и устройством безопасности через сеть передачи данных. Сервер включает в себя процессор системы безопасности и материальный носитель данных системы безопасности. Материальный носитель данных системы безопасности хранит инструкции, выполняемые процессором системы безопасности, которые при выполнении процессором системы безопасности определяют инструкцию действия на основе сигнала события безопасности, полученного от монитора данных безопасности через сеть передачи данных, и передают указанное действие инструкция хотя бы одному из монитора данных безопасности или устройства безопасности.Материальный носитель данных упомянутого, по меньшей мере, одного из монитора данных безопасности и устройства безопасности хранит инструкции, которые при выполнении соответствующим контроллером монитора данных безопасности или контроллером устройства безопасности выполняют действие в ответ на команду действия от сервера.

В еще одном аспекте устройство управления переключением электрической мощности содержит корпус и электрические соединители, поддерживаемые корпусом. Электрические разъемы предназначены для подключения переключателя электропитания к электросети.Управление переключением электрической мощности включает в себя переключатель, сконфигурированный для выборочного замыкания для замыкания цепи электросети для подачи электроэнергии на электрическое устройство, оперативно подключенное к ней. Устройство управления переключением электропитания включает в себя исполнительный механизм, поддерживаемый корпусом и функционально связанный с переключателем. Переключатель реагирует на ввод пользователя через исполнительный механизм, чтобы выборочно замкнуть переключатель, чтобы замкнуть цепь. Устройство управления переключением электропитания содержит датчик движения, поддерживаемый корпусом.Датчик движения выполнен с возможностью распознавания движения в поле зрения датчика движения. Порт беспроводной связи поддерживается корпусом. Порт беспроводной связи настроен для подключения к сети беспроводной передачи данных. Управление переключением электрической мощности включает в себя контроллер управления переключением электрической мощности и материальный носитель информации для управления переключением электрической мощности. Материальный носитель данных, переключающий электрическую мощность, хранит инструкции, выполняемые контроллером переключения электрической мощности, которые при выполнении контроллером переключения электрической мощности обрабатывают данные от датчика движения для определения события безопасности и передачи сигнала события безопасности в сети передачи данных.

Другие цели и особенности настоящего раскрытия будут частично очевидны, а частично указаны здесь.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 — схема умного дома и системы мониторинга безопасности согласно настоящему раскрытию;

РИС. 2 — вид в перспективе монитора системы, установленного на двери;

РИС. 3 — схематический вид монитора, переносимого на хосте;

РИС. 4 — вид камеры системы в перспективе;

РИС.5 — схема камеры;

РИС. 6 — вид интеллектуальной розетки системы;

РИС. 7 — схема интеллектуальной электрической розетки;

РИС. 8 — коммуникационный терминал системы, показывающий первый вид графического пользовательского интерфейса для системы;

РИС. 9 — второй вид графического пользовательского интерфейса системы;

РИС. 10 — схема терминала связи;

РИС. 11 — вид спереди монитора по фиг.2;

РИС. 12 — вид монитора сзади;

РИС. 13 — вид спереди монитора и монтажного кронштейна для монитора;

РИС. 14 — вид сзади монтажного кронштейна на мониторе;

РИС. 15 — вид в перспективе комплекта для установки магнита, связанного с монитором;

РИС. 16 — вид монитора спереди рядом с магнитом;

РИС. 17 — вид снизу монитора и магнита, показанных на фиг. 16;

РИС.18 — вид снизу монитора и магнита в другой установке;

РИС. 19А — вид спереди переключателя электропитания согласно настоящему раскрытию;

РИС. 19В — схема переключателя электропитания;

РИС. 20 — вид дверного узла в соответствии с настоящим раскрытием в перспективе;

РИС. 21 — вид спереди пользовательского интерфейса двери по фиг. 20;

РИС. 22 — схема системы управления дверью, показанной на фиг. 20;

РИС.23 — экран настроек влажности и журнала графического пользовательского интерфейса для терминала связи по фиг. 8;

РИС. 24 — экран настроек температуры и журнала графического пользовательского интерфейса;

РИС. 25 — экран настроек звуковых предупреждений графического интерфейса пользователя;

РИС. 26 — экран настроек панели уведомлений графического пользовательского интерфейса;

РИС. 27 — блок-схема, показывающая примерный процесс программирования настроек системы;

РИС.28 — блок-схема, показывающая примерный процесс приема и обработки интеллектуальным устройством данных датчиков для определения события безопасности и последующей передачи сигнала события безопасности на удаленный сервер;

РИС. 29 — блок-схема, показывающая примерный процесс приема и обработки удаленным сервером сигнала события безопасности и передачи инструкций действий в ответ на него;

РИС. 30 — блок-схема, показывающая примерный процесс получения интеллектуальным устройством команд действий от сервера и их выполнения; и

фиг.31A и 31B иллюстрируют примерную базу данных настроек, на которую ссылается удаленный сервер в процессе, показанном на фиг. 29.

Соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части на всех чертежах.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

На чертежах фиг. 1 иллюстрирует один вариант осуществления умного дома и системы мониторинга безопасности, обозначенный ссылочным номером 10 . Как станет очевидно, систему 10 можно использовать для контроля безопасности помещения, включая участок земли и здание (например,g., дом, бизнес и т. д.), транспортное средство, ограждение (например, хранилище, шкаф, ящик и т. д.), лодка, трейлер, дом на колесах и / или другие объекты (например, огнестрельное оружие, компьютер, ценные вещи, семейная реликвия) на участке земли. Компоненты системы 10 могут использоваться как автономные компоненты или с любой комбинацией других компонентов для формирования более широкой системы. Например, компоненты умного дома можно использовать без компонентов мониторинга безопасности, и наоборот.

Умный дом и система мониторинга безопасности 10 схематично показана на фиг.1, как реализовано для дома 12 , но следует понимать, что система или ее компоненты могут быть реализованы в других сценариях (например, в других зданиях, сооружениях или других внутренних или внешних областях), не выходя за рамки настоящего раскрытие. Периметр дома 12 обозначен пунктирной линией. Дом 12 включает в себя внешнюю дверь 14 (например, входную дверь), внутреннюю дверь 16 (например, дверь спальни) и дверь гаража 18 .Автомобиль 20 (например, автомобиль) припаркован в гараже дома 12 за воротами гаража 18 . Дом 12 также включает в себя еще один объект, показанный схематично и обозначенный номером 22 . Объект 22 может быть огнестрельным оружием, семейной реликвией, контейнером (например, шкафом, комодом, прикроватной тумбочкой, комодом, ящиком для хранения), хранилищем (например, ящиком, сейфом для оружия, безопасной комнатой) и / или дверь, ящик или другое закрытие (например, дверь, замок огнестрельного оружия) такого объекта или другого типа объекта.Дом 12 дополнительно включает в себя множество электрических устройств (например, электроприборов), таких как светильники 24 A, осушитель 24 B, кофеварку 24 C и т. Д., Которые будут описаны в подробности ниже. Наконец, дом 12 включает в себя модем 26 , предоставляющий Интернет-услуги для дома, и беспроводной маршрутизатор 28 , устанавливающий беспроводную локальную сеть (например, Wi-Fi), имеющую диапазон, желательно, по крайней мере, охватывающий здание и простирающийся за пределы здание достаточно, чтобы покрыть помещение.

Система включает в себя интеллектуальное устройство мониторинга безопасности 10 A и устройство умного дома 10 B. Устройство мониторинга безопасности 10 A включает в себя множество мониторов безопасности 30 A- 30 D, 32 A — 32 E, 33 A- 33 B (например, детекторы, сборщики данных и т. Д.), Сконфигурированные для мониторинга различных параметров безопасности. Как станет очевидно, каждый из мониторов 30 A- 30 D, 32 A- 32 E, 33 A- 33 B имеет один или несколько датчиков, сконфигурированных для сбора данных для использования в мониторинг безопасности и по крайней мере один порт для коммуникативного подключения монитора к сети.Устройство 10 B умного дома включает в себя множество компонентов 34 A- 34 C умного дома, сконфигурированных для облегчения использования дома 12 и его объектов. Устройство умного дома 10 B может использоваться во взаимодействии или координации с устройством контроля безопасности 10 A. В некоторых вариантах осуществления устройство умного дома 10 B может использоваться как устройство контроля безопасности (устройства безопасности), и наоборот. . Устройство мониторинга безопасности 10 A и устройство 10 B умного дома могут называться устройствами (например,г., умные устройства). Как будет более подробно объяснено ниже, система 10 также включает в себя по меньшей мере один интеллектуальный коммуникационный терминал 36 A, 36 B (например, смартфон, планшет и / или компьютер), сконфигурированный, чтобы позволить пользователю взаимодействовать с устройством контроля безопасности 10 A и устройством умного дома 10 B.

Система 10 включает в себя сеть передачи данных 40 , коммуникативно связывающую устройство умного дома 10 B, устройство контроля безопасности 10 A, коммуникационные терминалы 36 A, 36 B и по меньшей мере один удаленный компьютер 38 (в широком смысле «облако» или «удаленный сервер»).В проиллюстрированном варианте осуществления сеть 40 включает в себя локальную сеть 40 A (LAN) в виде беспроводной сети Wi-Fi, размещенной на маршрутизаторе 28 . Сеть 40 также включает в себя глобальную сеть 40 B (WAN) в форме Интернета, подключенную к LAN 40 A через модем 26 . Следует понимать, что терминалы связи (например, 36 A), расположенные в зоне действия LAN 40 A (например,g., внутри здания 12 или снаружи, но рядом со зданием) могут быть коммуникативно связаны с устройством умного дома 10 B и устройством контроля безопасности 10 A через LAN 40 A. Терминалы связи (например, , 36 B) вне зоны действия LAN 40 A может быть коммуникативно связан с компонентами в LAN через Интернет 40 B и LAN. Сеть передачи данных 40 может также включать в себя сотовую сеть 40 C (WAN), включая одну или несколько вышек сотовой связи для коммуникативного соединения компонентов системы 10 .Если ЛВС или Интернет недоступны на сайте, где расположены устройство умного дома 10 B, устройство контроля безопасности 10 A и / или интеллектуальный коммуникационный терминал 36 A, 36 B, сотовая сеть 40 C может использоваться для коммуникативного соединения с сетью передачи данных 40 и, таким образом, с другими компонентами в сети. Например, если система должна быть развернута в сельской местности, Интернет может быть недоступен, но сотовая сеть 40 C может использоваться для коммуникативного соединения одного или нескольких устройств мониторинга умного дома и / или безопасности 10 B, 10 A к одному или нескольким коммуникационным терминалам и / или удаленному серверу, как объяснено ниже.Обращаясь к фиг. 1, в одном варианте осуществления маршрутизатор 28 (или подключенное к нему устройство) сконфигурирован для связи в сотовой сети 40 C (WAN), так что маршрутизатор, на котором размещена LAN 40 A, может обмениваться данными через сотовую сеть. при отсутствии подключения к Интернету. В таком варианте осуществления маршрутизатор 28 и / или другое устройство может действовать как централизованный концентратор сотовой связи вместо того, чтобы иметь множество компонентов системы, отдельно обменивающихся данными в сотовой сети 40 C.

Как станет очевидно, интеллектуальные устройства выполняют некоторые действия локально или внутри устройств. Например, см. Процесс, показанный на фиг. 28. В одном примере интеллектуальное устройство с датчиком движения может выполнять инструкции встроенного контроллера для оценки того, повышаются ли данные датчика движения до уровня или указывают на событие безопасности (например, наклон, сотрясение). В другом примере интеллектуальное устройство с датчиком изображения может выполнять инструкции встроенного контроллера для отслеживания изменений пикселей в предварительно заданной области поля обзора датчика изображения для обнаружения движения и оценки того, поднимается ли движение до уровня или представляет собой событие безопасности.Однако желательно, чтобы интеллектуальные устройства не взаимодействовали друг с другом напрямую. Вместо этого, как показано на фиг. 28, интеллектуальные устройства передают сигналы (например, сигналы событий безопасности, представляющие данные датчиков безопасности) на удаленный сервер 38 , который, как показано на фиг. 29, обрабатывает сигналы, определяет соответствующие инструкции действий и интеллектуальные устройства-получатели (на основе базы данных заранее установленных инструкций действий, таких как показанные на фиг. 31A, 31B) и передает инструкции действий на одно или несколько интеллектуальных устройств в помещении.Например, сервер , 38, может дать команду одному или нескольким интеллектуальным устройствам подать сигнал тревоги, собрать данные изображения и / или замкнуть переключатель (например, для подачи электроэнергии на свет или другое электрическое устройство). Следует понимать, что удаленный сервер , 38, служит «мозгом» для управления взаимодействием интеллектуальных устройств. Это позволяет электронике на интеллектуальных устройствах быть менее сложной или надежной и, следовательно, менее дорогой. Кроме того, будет принято во внимание, что локальный концентратор не требуется на территории, чтобы действовать как централизованный или главный элемент управления для интеллектуальных устройств.Соответственно, пользователю не нужно покупать и поддерживать локальный концентратор, который служит узким местом для сбоя, если концентратор неисправен или перестает работать. Однако такой концентратор может быть предоставлен без выхода за рамки настоящего раскрытия.

В проиллюстрированном варианте осуществления мониторы включают в себя множество мониторов безопасности, переносимых на хосте 30 A- 30 D, множество камер 32 A- 32 E и множество переключателей электропитания 33 A, 33 B (e.g., для включения / выключения света или выборочного питания электрических розеток). Переносимые хостом мониторы безопасности 30 A- 30 D сконфигурированы для мониторинга данных безопасности, связанных с хостом, на котором установлен монитор. Например, монитор 30 A- 30 D может быть присоединен (например, установлен, закреплен, прикреплен) к хосту, и в этом случае монитор может называться подключенным к хосту монитором. В некоторых случаях подключенный к хосту монитор 30 A- 30 D может использоваться в качестве дополнительного решения безопасности на хосте, изначально не сконструированном для включения такого монитора.В некоторых вариантах осуществления монитор 30 A- 30 D может быть сформирован как часть хоста или интегрирован с ним. Хостом может быть любой объект, безопасность которого пользователь желает контролировать. В проиллюстрированном варианте осуществления первый монитор безопасности 30 A, переносимый на хосте, переносится через внешнюю дверь 14 , второй монитор безопасности 30 B переносится через внутреннюю дверь 16 , а третий Хост-монитор безопасности 30 C переносится на автомобиле 20 .Первый, второй и третий мониторы 30 A- 30 C, переносимые на хосте, могут быть сформированы отдельно от их хостов и присоединены к ним, так что мониторы являются мониторами, подключенными к хосту. Четвертый монитор 30 D, переносимый на хосте, установлен на объекте 22 . Как объяснялось выше, объект 22 может быть ценностью, контейнером, закрытием (например, дверью) и т.д. формироваться отдельно и прикрепляться к объекту в качестве дополнительного охранного решения.В дальнейшем объект 22 будет называться дверью хранилища (например, хранилища оружия) и описываться в этом контексте. Хранилище могло быть комнатой дома или отдельно стоящим хранилищем шкафного типа.

Примерный вариант хост-монитора 30 A показан на фиг. 2, 3 и 11 — 14 . Понятно, что другие переносимые на хосте мониторы 30 B- 30 D могут иметь идентичную конструкцию. На фиг. 2 монитор 30 A показан установленным на двери 14 рядом с дверной коробкой.Дверь показана в закрытом положении относительно дверной коробки. Монитор 30 A может упоминаться как «шайба» и имеет относительно небольшой корпус 50 (например, 3 дюйма в ширину, 3 дюйма в высоту и 1 дюйм в толщину). Корпус 50 поддерживает и вмещает различные электрические компоненты для мониторинга хоста, на котором установлен монитор. Корпус 50 включает в себя периферийную стенку 50 A и переднюю часть или лицевую часть 50 B. Монитор 30 A может быть установлен различными способами.Например, на корпусе 50 могут быть предусмотрены магниты 51 (фиг. 12) для подключения монитора к ферромагнитному материалу, такому как металл. Монитор 30 A также может быть подключен другими способами, например, с помощью клея, ткани на липучках и т. Д. Как показано на фиг. 12-14, монтажный кронштейн 53 может использоваться для крепления монитора 30 A. Монтажный кронштейн 53 имеет основной корпус 53 A, включая отверстия для крепления 53 B для использования при креплении кронштейна к хост (e.г., дверь). Монтажный кронштейн 53 включает в себя две подвески 53 C (в широком смысле «рычаги»), выступающие из основного корпуса для удержания монитора. На задней панели монитора 30 A имеются прорези 50 C (фиг. 12), в которые могут быть вставлены крючки 53 C для крепления монитора на кронштейне 53 . Верхние концы подвесок 53 образуют крючки 53 C ‘для предотвращения случайного падения монитора с подвесок.Компоновка такова, что после того, как кронштейн 53 установлен на хосте, монитор 30 A можно подключить к кронштейну с помощью подвесок 53 . Монитор 30 A расположен рядом с кронштейном 53 с прорезями 50 C, совмещенными с подвесками 53 . Затем монитор 30 A перемещают к кронштейну 53 для размещения подвесок 53 в пазах. Затем монитор 30 A перемещается вбок (например,g., вниз) для удерживания крючков 53 C ‘с держателями 50 C’ на концах пазов 50 C. В удерживающем отношении крючки 53 C ‘ограничивают перемещение монитор 30 A на расстоянии от основного корпуса 53 A. Магниты в корпусе монитора могут помочь закрепить монитор на металлическом кронштейне, если он ферромагнитный. Можно использовать другие способы крепления монитора, не выходя за рамки настоящего раскрытия.

Монитор 30 A включает в себя источник питания 52 , такой как аккумулятор (например, несколько аккумуляторов) и / или порт электрического питания (например, порт micro USB), сконфигурированный для приема кабеля питания. Порт питания можно использовать в качестве основного источника питания, а аккумулятор можно использовать в качестве резервного источника питания. В качестве альтернативы аккумулятор может использоваться как единственный источник питания.

Монитор 30 A включает в себя контроллер монитора 54 (например.g., микропроцессор или процессор) и материальный носитель данных 56 , хранящий исполняемые процессором инструкции для выполнения контроллером 54 . Контроллер 54 и материальный носитель данных 56 (как и другие контроллеры и материальные носители данных, описанные в данном документе) могут быть воплощены как одноплатный компьютер, включающий печатную плату, микропроцессор (ы), память, ввод / вывод и другие устройства. , или другие подходящие конструкции. Например, материальный носитель 56 может хранить инструкции для подключения монитора 30 A к сети передачи данных 40 , когда обнаруживается доступность сети.Монитор 30, A включает в себя по меньшей мере один коммуникационный порт 58 , сконфигурированный для коммуникативного соединения монитора с сетью передачи данных 40 . Например, порт 58 может содержать приемопередатчик Wi-Fi для передачи и приема беспроводных сигналов данных в сети Wi-Fi. Порт связи 58 может содержать другие типы беспроводных портов (например, Bluetooth, ZigBee, NFC и т. Д.) Или проводные порты (например, Ethernet, последовательный и т. Д.).). Дополнительно, сотовый порт 60 (приемопередатчик) также предоставляется для коммуникативного подключения монитора 30 A к сотовой сети 40 C. Монитор 30 A дополнительно включает в себя датчик влажности 62 и датчик температуры 64 (в широком смысле «датчики окружающей среды») для определения температуры и влажности окружающей среды в непосредственной близости от хоста. Монитор 30 A включает в себя датчик положения 66 для определения положения монитора 30 A и, следовательно, положения хоста, несущего монитор.Например, датчик положения 66 может быть датчиком на эффекте Холла, сконфигурированным для определения местоположения датчика относительно магнита или эталона 68 (фиг.2), установленного на дверной раме или другой конструкции рядом с дверью. 14 . Датчик положения 66 позволяет монитору 30 A определять, открыта или закрыта дверь 14 (в широком смысле, «событие безопасности положения»). Как показано на фиг. 16, монитор может включать в себя индикатор 67 , указывающий пользователю местоположение датчика положения 30 A.Например, стрелка 67 (например, стрелка, сформированная в корпусе 50 ) или другие знаки могут быть предусмотрены на корпусе, чтобы информировать пользователя о ориентации монитора, чтобы датчик положения мог правильно определять магнит 68 . Могут использоваться другие типы датчиков положения. Монитор 30, A включает в себя датчик движения 70 , сконфигурированный для обнаружения движения монитора и, следовательно, движения хоста (например, двери 14 ), несущего монитор. Например, датчик движения , 70, может содержать акселерометр, сконфигурированный для обнаружения вибрации или других типов движения (например,g., ускорение) монитора. Такой акселерометр может указывать на движение, такое как наклон, сотрясение и т. Д. Контроллер 54 может выполнять инструкции, хранящиеся на материальном носителе данных 56 , для анализа или оценки данных датчика от акселерометра, чтобы определить, достигает ли обнаруженное движение уровня о событии безопасности движения, о котором сообщается, и о типе события движения (например, сотрясение, наклон, удар). Например, если движение превышает пороговую величину, уровень или тип движения и сохраняется в течение предварительно установленного времени (на основе выбираемых настроек чувствительности высокой, средней, низкой и выключенной), контроллер 54 определит событие безопасности. произошла и передать соответствующий сигнал на сервер 38 .

Монитор 30 A включает в себя пользовательский интерфейс 72 , содержащий пользовательский ввод 74 и пользовательский вывод 76 . В проиллюстрированном варианте осуществления пользовательский ввод 74 содержит кнопку 74 A (в широком смысле «привод») на передней панели монитора 30 A. В показанном варианте осуществления кнопка формирует практически всю переднюю поверхность. монитора. Например, кнопка 74 A может использоваться для «включения» или «снятия с охраны» монитора 30 A для выборочного перевода монитора в активное состояние мониторинга.Пользовательский вывод 76 включает в себя индикатор 76 A, такой как светодиод (например, светящийся логотип Lockdown), чтобы указать пользователю информацию о состоянии. Например, индикатор 76 A может указывать, включен или нет монитор 30 A (например, красный или зеленый, соответственно), и / или индикатор может указывать уровень заряда аккумулятора, состояние сетевого подключения и т. Д. . Пользовательский вывод 76 может также включать звуковой или визуальный сигнал тревоги (например,, динамик или свет), сконфигурированный для индикации состояния тревоги на основе воспринимаемых данных, таких как движение, изменение положения и т.д. издает звуковой сигнал, когда монитор поставлен на охрану и обнаруживаются заранее заданные условия тревоги (например, движение, открытая дверь, температура или влажность вне допустимого диапазона и т. д.).

Камеры 32 A- 32 E могут быть расположены в любом месте, за которым пользователь хотел бы наблюдать (например,г., внутреннее или внешнее расположение). В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, камеры 32 A- 32 E расположены вокруг дома 12 для наблюдения за различными областями дома, внутри и снаружи. Можно использовать другие числа (например, один, два, три или более) и расположение камер, не выходя за рамки объема настоящего раскрытия. Каждая камера 32 A- 32 E имеет поле обзора, обычно имеющее форму конуса, отходящего от камеры.В проиллюстрированном варианте осуществления камеры 32 A- 32 E расположены для наблюдения за объектами, также отслеживаемыми соответствующими переносимыми мониторами 30 A- 30 D. Например, первая камера 32 A является расположена снаружи дома для наблюдения за внешней дверью 14 , а вторая камера 32 B расположена внутри дома для наблюдения за той же внешней дверью. Третья камера 32 C расположена в гараже для наблюдения за автомобилем 20 и другими объектами в гараже.Четвертая камера 32 D расположена для наблюдения за внутренней дверью 16 . Пятая камера 32 E расположена для наблюдения за дверью хранилища 22 . В проиллюстрированном варианте осуществления поле зрения каждой камеры 32, A- 32 E включает в себя соответствующий хост, несущий хост-монитор 30 A- 30 D, связанный с камерой. Могут использоваться другие устройства, не выходящие за рамки настоящего раскрытия. Например, одну или несколько камер можно использовать без связанного с ней монитора, или наоборот.

Примерный вариант камеры 32 A показан на фиг. 4 и 5. Понятно, что камеры 32 B- 32 E могут иметь идентичную конструкцию. Камера 32 A включает в себя корпус 80 , который поддерживает и вмещает различные электрические компоненты. Камера 32 A может быть установлена ​​различными способами, такими как застежки, скобы, магниты, клей, ткань с липучками и т.д., не выходя за рамки настоящего раскрытия.Камера 32 A включает в себя источник питания , 82, , такой как аккумулятор и / или порт электрического питания (например, порт micro USB), сконфигурированный для приема кабеля питания. Порт питания можно использовать в качестве основного источника питания, а аккумулятор можно использовать в качестве резервного источника питания. В качестве альтернативы аккумулятор может использоваться как единственный источник питания. Камера 32, A включает в себя контроллер камеры , 84 (например, микропроцессор или процессор) и материальный носитель данных 86 , на котором хранятся исполняемые процессором инструкции для выполнения контроллером камеры.Например, материальный носитель данных , 86, может хранить инструкции для подключения камеры 32 A к сети передачи данных 40 , когда обнаруживается доступность сети. Камера 32 A включает в себя, по меньшей мере, один коммуникационный порт 88 , сконфигурированный для коммуникативного соединения камеры 32 A с сетью передачи данных 40 . Например, порт 88 может содержать приемопередатчик Wi-Fi для передачи и приема беспроводных сигналов данных в сети Wi-Fi.В других вариантах осуществления коммуникационный порт , 88, может содержать другие типы беспроводных портов (например, Bluetooth, ZigBee, NFC и т. Д.) Или проводные порты (например, Ethernet, последовательный и т. Д.). Необязательно, сотовый порт 90 также предоставляется для коммуникативного подключения камеры к сотовой сети 40 C. За объективом 91 камера 32 A включает в себя датчик изображения 92 , сконфигурированный для сбора данных изображения. (например, фотографии и / или видео).Данные датчика изображения могут храниться на материальном носителе 86 и / или в облаке 38 , но желательно в облаке. Камера 32 A включает в себя датчик движения , 94 (например, пассивный инфракрасный (PIR) датчик или микроволновый радарный датчик), сконфигурированный для обнаружения движения в поле зрения камеры 32 A. Контроллер 84 может выполнять инструкции, хранящиеся на материальном носителе 86 (и синхронизированные с сервером 38 ), чтобы определить, повышаются ли данные датчика движения до уровня, составляющего событие безопасности, и в этом случае соответствующий сигнал события безопасности будет отправлен контроллер к серверу 38 .В качестве альтернативы или в дополнение, датчик изображения 92 может использоваться как датчик движения. Например, контроллер , 84, может выполнять инструкции, хранящиеся на материальном носителе данных , 86, (и синхронизированные с сервером , 38, ), чтобы контролировать заданную область поля зрения на предмет изменения пикселей и оценивать, указывает ли такое изменение или составляет событие безопасности, и в этом случае соответствующий сигнал события безопасности будет отправлен контроллером на сервер 38 .Кроме того, контроллер , 84, может выполнять инструкции, хранящиеся на материальном носителе данных (и синхронизированные с сервером , 38, ), чтобы контролировать датчик температуры и данные датчика влажности, чтобы определять, когда измеренная температура или влажность выходит за пределы заданного диапазона (исключение ) и передать на сервер соответствующий сигнал. Камера 32 A включает в себя пользовательский интерфейс 96 , содержащий пользовательский ввод 98 и пользовательский вывод 100 . Пользовательский ввод , 98, может содержать кнопку или другой привод, действующий для «включения» или «снятия с охраны» камеры 32 A для выборочного перевода камеры в активное состояние наблюдения.Пользовательский вывод , 100, может включать в себя индикатор, такой как светодиод, для индикации информации о состоянии для пользователя. Например, индикатор может указывать, включена или выключена камера 32 A, и / или может указывать уровень заряда аккумулятора 82 с помощью зеленого, желтого или красного цветов, соответствующих высокому, среднему и низкому уровням заряда. . Пользовательский выход 100 может также включать звуковой или визуальный сигнал тревоги (например, громкоговоритель или свет), сконфигурированный для индикации состояния тревоги.

Выключатели электропитания 33 A- 33 B (в широком смысле, «управление переключением электропитания») могут быть расположены в любом месте, где может быть расположен обычный выключатель электропитания, например, в доме или другом здании. Выключатели электропитания могут иметь конфигурацию, отчасти аналогичную обычным выключателям электропитания, и могут быть подключены к электросети дома, здания или другой конструкции. Например, переключатели электропитания могут выборочно подавать электроэнергию на электрические устройства, такие как фонари, вентиляторы, электрические розетки, осушители и т. Д., в цепи с электрическими переключателями на электросети сооружения. В варианте осуществления, показанном на фиг. 1 переключатели 33 A, 33 B расположены вокруг внутренней части дома 12 . Можно использовать другие числа (например, один, три или более) и расположение переключателей электроэнергии, не выходя за рамки объема настоящего раскрытия.

Примерный вариант выключателя электропитания 33 A (в широком смысле, «управление переключением электропитания») показан на фиг.19A и 19B. Понятно, что переключатели 33 A, 33 B могут иметь идентичную конструкцию. Коммутатор 33 A включает в себя корпус или раму 81, опор и вмещает различные электрические компоненты. Переключатель 33 A может быть установлен в стене, например, в распределительной коробке в стене (например, с помощью креплений в верхних и нижних монтажных выступах), и закрыт крышкой или пластиной переключателя, как и обычные источники питания. выключатель. Выключатель 33 A определяет переднюю грань (например.g., включая переднюю часть корпуса 81 , где доступен пользовательский интерфейс 97 ), которая обращена за пределы стены и видна пользователю для взаимодействия с переключателем, когда переключатель установлен в стене. Переключатель 33 A включает электрические разъемы 83 (например, положительный 83 A и заземляющий 83 B) для подключения к электросети сооружения. Коммутатор 33 A включает в себя контроллер переключателя 84 (например.g., микропроцессор или процессор) и материальный носитель данных 87 , хранящий исполняемые процессором инструкции для выполнения контроллером переключателя. Например, материальный носитель 87 может хранить инструкции для подключения коммутатора 33 A к сети передачи данных 40 , когда обнаруживается доступность сети. Коммутатор 33 A включает в себя по меньшей мере один коммуникационный порт 89 , сконфигурированный для коммуникативного соединения коммутатора 33 A с сетью передачи данных 40 .Например, порт 89 может содержать приемопередатчик Wi-Fi для передачи и приема беспроводных сигналов данных в сети Wi-Fi. В других вариантах осуществления коммуникационный порт , 89, может содержать другие типы беспроводных портов (например, Bluetooth, ZigBee, NFC и т. Д.) Или проводные порты (например, Ethernet, последовательный и т. Д.). Необязательно, сотовый порт 71 также предоставляется для коммуникативного подключения камеры к сотовой сети 40 C. Коммутатор 33 A включает в себя датчик движения 95 (например.(например, пассивный инфракрасный (PIR) датчик или микроволновый радарный датчик), сконфигурированный для обнаружения движения в поле зрения переключателя 33 A (поле зрения датчика). Необязательно, переключатель может включать в себя датчик изображения 93 для сбора данных фото или видеоизображения. Более того, датчик изображения 93 может использоваться как датчик движения. Контроллер , 84, может выполнять инструкции, хранящиеся на материальном носителе , 87, , такие как описано выше в отношении камер, для анализа данных датчика движения и датчика изображения, чтобы определить, произошло ли событие безопасности, и передать соответствующий сигнал на сервер 38 .Коммутатор 33 A включает в себя пользовательский интерфейс 97 , содержащий пользовательский ввод 99 и пользовательский вывод 101 . Пользовательский ввод 99 может содержать кнопку или другой исполнительный механизм 99 A, предназначенный для «включения» или «снятия с охраны» переключателя 33 A для выборочного перевода переключателя в активное состояние мониторинга. Привод может быть кнопкой, тумблером и / или емкостным сенсорным датчиком. Пользовательский ввод 99 может также содержать исполнительный механизм 99 B (например,g., рычаг, тумблер, ручка, кнопка, емкостной датчик касания и т. д.) для включения / выключения питания, подаваемого выключателем 33 A в электрическую сеть, путем замыкания или размыкания переключателя. Привод 99 B управляет переключателем 71 , который может быть электронным или механическим переключателем для размыкания и замыкания цепи. Пользовательский вывод 101 может включать в себя индикатор, такой как светодиод, для индикации информации о состоянии для пользователя. Например, индикатор может указывать, включен или выключен переключатель 33 A, в настоящее время подключен к локальной сети, и / или может указывать, обнаруживается ли в настоящее время движение.Пользовательский вывод 101 может также включать звуковой или визуальный сигнал тревоги (например, громкоговоритель или свет), сконфигурированный для указания, обнаружено ли движение и / или состояние тревоги.

Каждый переключатель 33 A, 33 B имеет поле обзора (например, поле зрения датчика движения 95 или датчика изображения 93 ), как правило, в форме конуса, отходящего от переключателя. В проиллюстрированном варианте осуществления переключатели 33 A, 33 B расположены для мониторинга объектов, также отслеживаемых соответствующими мониторами, переносимыми хостом 30 A- 30 D.Например, первый переключатель 33 A расположен внутри дома и контролирует внешнюю дверь 14 . Второй переключатель 33 B расположен для наблюдения за дверью хранилища 22 . В проиллюстрированном варианте осуществления поле зрения каждого переключателя 33 A- 33 B включает в себя хосты, несущие хост-мониторы 30 A, 30 D рядом с переключателем. Могут использоваться другие устройства, не выходящие за рамки настоящего раскрытия.Например, один или несколько коммутаторов могут использоваться без связанного монитора, переносимого хостом, или наоборот.

Компоненты умного дома включают в себя множество интеллектуальных электрических розеток 34 A- 34 C, сконфигурированных для выборочной подачи электроэнергии на подключенные к ним электрические устройства. Интеллектуальные электрические розетки 34 A- 34 C могут быть расположены в любом месте, где пользователь хотел бы иметь интеллектуальные возможности для электрического устройства в электрической розетке.Интеллектуальные электрические розетки 34 A- 34 C можно использовать в качестве решения по модернизации для добавления интеллектуальных возможностей к электрическим устройствам. Например, интеллектуальная электрическая розетка 34 A- 34 C может обеспечивать возможность включения / выключения электрического устройства, подключенного к ней, на основе запрограммированных настроек с помощью пользовательского интерфейса на терминале связи 36 A, 36 B, и / или в координации с работой аппаратуры контроля безопасности.В варианте осуществления, показанном на фиг. 1, первая интеллектуальная электрическая розетка 34 A сконфигурирована для выборочной подачи электроэнергии на свет 24 A, вторая интеллектуальная электрическая розетка 34 B сконфигурирована для выборочной подачи электроэнергии на осушитель 24 B , а третья интеллектуальная электрическая розетка 34 C сконфигурирована для выборочной подачи электроэнергии на кофеварку 24 C.

Примерный вариант интеллектуальной розетки 34 A показан на фиг.6 и 7. Другие интеллектуальные электрические розетки 34 B, 34 C могут иметь такую ​​же конструкцию. Интеллектуальная электрическая розетка 34 A включает в себя корпус 110 , который поддерживает и вмещает различные электрические компоненты. Интеллектуальная электрическая розетка 34 A включает в себя входной разъем 112 для подключения к источнику электроэнергии S и включает выходной разъем 114 для подключения к нагрузке или устройству (например.g., освещение, осушитель и т. д.), на которые интеллектуальная электрическая розетка должна выборочно подавать электроэнергию. В проиллюстрированном варианте осуществления разъем источника питания , 114, содержит вилку (например, включая два или три контакта (в широком смысле, «электрические разъемы»), сконфигурированную для подключения к розетке электрической розетки, такой как настенная розетка S). , подключенный к электросети.Разъем , 114, вывода электроэнергии содержит розетку, предназначенную для подключения электрической вилки (например.g., двух- или трехконтактная вилка) устройства, на которое подается электрическое питание. Интеллектуальная электрическая розетка , 34, A включает в себя контроллер , 118, электрической розетки (например, микропроцессор или процессор) и материальный носитель 120 , на котором хранятся выполняемые процессором инструкции для выполнения контроллером электрической розетки. Например, материальный носитель данных , 120, может хранить инструкции для подключения интеллектуальной розетки к сети 40 передачи данных, когда обнаруживается доступность сети.Интеллектуальная электрическая розетка 34, A включает в себя по меньшей мере один коммуникационный порт , 122, , сконфигурированный для коммуникативного соединения розетки с сетью передачи данных 40 . Например, порт , 122, может содержать приемопередатчик Wi-Fi для передачи и приема беспроводных сигналов данных в сети Wi-Fi. В других вариантах осуществления порт связи , 122, может содержать другие типы беспроводных портов (например, Bluetooth, ZigBee, NFC и т. Д.).) или проводные порты (например, Ethernet, последовательный и т. д.). Необязательно, сотовый порт , 124, также предусмотрен для коммуникативного соединения интеллектуальной электрической розетки с сотовой сетью 40 C. Интеллектуальная электрическая розетка 34 A включает в себя пользовательский интерфейс 126 , содержащий пользовательский ввод 128 и пользовательский вывод 130 . В проиллюстрированном варианте осуществления пользовательский ввод 128 содержит кнопку 128 A (в широком смысле «привод»).Например, кнопка 28 A может использоваться для активации (например, включения) или деактивации (например, выключения) интеллектуальной розетки и / или для действия в качестве отмены настроек интеллектуальной розетки для ручного включения розетки. для подачи питания на подключенное к нему устройство. Кнопка может быть кнопкой, переключателем и / или емкостным сенсорным датчиком. Когда интеллектуальная розетка включена, переключатель , 113, розетки замыкается, чтобы электрическая энергия проходила через вилку от разъема источника питания , 114, к выходному разъему , 114, .Переключатель 113 может быть электронным переключателем или механическим переключателем. Пользовательский вывод , 130, включает в себя индикатор 130 A, такой как светодиод (например, светящийся значок на кнопке 128 A), чтобы указать пользователю информацию о состоянии. Например, индикатор 130 A может указывать, включена или выключена интеллектуальная розетка 34 A. Интеллектуальная электрическая розетка 34 A получает питание от электрической розетки S, к которой подключена интеллектуальная электрическая розетка, и, таким образом, не требует источника питания от батареи, но он может быть предоставлен в качестве резервного, не выходя за рамки настоящего раскрытия. .

Как упоминалось выше, система включает в себя по крайней мере один интеллектуальный коммуникационный терминал 36 A, 36 B, сконфигурированный так, чтобы позволить пользователю взаимодействовать с устройством умного дома 10 B и устройством контроля безопасности 10 A. интеллектуальный коммуникационный терминал 36 A, 36 B может быть смарт-телефоном, планшетом и / или компьютером (например, портативным или настольным компьютером). В системе, показанной на фиг. 1 показаны два терминала связи 36 A, 36 B, первый терминал связи 36 A в здании 12 и второй терминал связи 36 B вне здания.Второй терминал связи 36 B может находиться рядом со зданием или удаленно от него (например, в другом городе, штате или стране). В одном варианте осуществления устройство 10 B умного дома и устройство 10 A мониторинга безопасности имеют ограниченные пользовательские интерфейсы сами по себе, и пользователь взаимодействует с такими компонентами в основном с помощью приложения (программного обеспечения), хранимого и выполняемого на терминале связи 36 A, 36 B, подключенная к сети с устройством умного дома и / или устройством контроля безопасности, например, указанным на фиг.27. Могут использоваться другие устройства, не выходящие за рамки настоящего раскрытия. Система 10 предназначена для обеспечения подключения терминалов связи 36 A, 36 B к сети передачи данных 40 везде, где есть сотовая связь и / или доступ в Интернет.

Примерный вариант коммуникационного терминала 36 A показан на фиг. 8 и 9. Другой терминал связи 36 B может иметь идентичную конструкцию.Терминал связи 36, A включает в себя корпус 140 , который поддерживает и вмещает различные электрические компоненты. Терминал связи , 36, A включает в себя источник , 142, электроэнергии (например, аккумулятор), сконфигурированный для подачи электроэнергии на терминал связи. Терминал связи , 36, A включает в себя контроллер , 144, терминала связи (например, микропроцессор или процессор) и материальный носитель данных 146 , на котором хранятся исполняемые процессором инструкции для выполнения контроллером терминала связи.Например, материальный носитель данных , 146, может хранить инструкции для подключения терминала связи 36 A к сети передачи данных 40 , когда обнаруживается доступность сети. Терминал связи 36, A включает в себя по меньшей мере один порт связи , 150, , сконфигурированный для коммуникативного соединения терминала связи с сетью передачи данных 40 . Например, порт , 150, может содержать приемопередатчик Wi-Fi для передачи и приема беспроводных сигналов данных в сети Wi-Fi 40 A.В других вариантах осуществления коммуникационный порт , 150, может содержать другие типы беспроводных портов (например, Bluetooth, ZigBee, NFC и т. Д.) Или проводные порты (например, Ethernet, последовательный и т. Д.). Необязательно, сотовый порт 152 также предоставляется для коммуникативного соединения коммуникационного терминала 36 A с сотовой сетью 40 C. Коммуникационный терминал 36 A включает в себя пользовательский интерфейс 152 , содержащий пользовательский ввод 154 и пользовательский вывод 156 .В проиллюстрированном варианте осуществления пользовательский интерфейс , 152, содержит сенсорный экран , 158, . Пользовательский ввод 154 содержит сенсорные области сенсорного экрана, а пользовательский вывод 156 содержит отображение сенсорного экрана. Материальный носитель данных , 146, хранит приложение (выполняемые процессором инструкции или программное обеспечение), выполняемое контроллером терминала связи 144 для реализации графического пользовательского интерфейса 160 (GUI) на сенсорном экране 158 терминала связи. 36 A для умного дома и системы мониторинга безопасности 10 в целом и / или для их отдельных компонентов.Примерный вид графического пользовательского интерфейса 160 для системы 10 и, в частности, вид «приборной панели» показан на сенсорном экране 158 коммуникационного терминала 36 A на фиг. 8. На приборной панели расположены секции (расположенные в столбец), каждая из которых соответствует устройству системы 10 . Кнопка 164 ДОБАВИТЬ УСТРОЙСТВО предназначена для добавления безопасности и / или интеллектуального устройства в систему. Когда компонент добавляется, пользователь может дать ему имя в соответствии с его конкретной реализацией или каким-либо другим способом, чтобы помочь пользователю ссылаться на компонент в пользовательском интерфейсе.Например, монитор «VAULT» может соответствовать переносному на хосте монитору 30 D, монитор «ПЕРЕДНЯЯ ДВЕРЬ» может соответствовать переносному на хосте монитору 30 A, а монитор «BMW» может соответствовать Хост-монитор 30 C на автомобиле 20 . Разделы показаны на графическом пользовательском интерфейсе для мониторов, не показанных в варианте осуществления, показанном на фиг. 1. В графическом пользовательском интерфейсе 160 состояние каждого монитора отображается пользователю.В частности, мониторы отображаются как «ЗАБЛОКИРОВАНЫ» (например, поставлены на охрану или активны) или «ВЫКЛЮЧЕНЫ» (например, неактивны). Графический пользовательский интерфейс включает в себя исполнительные механизмы , 166, , позволяющие пользователю выборочно переключаться между включенным и выключенным состояниями для каждого компонента.

На виде приборной панели на РИС. 8, пользователь может выбрать один из конкретных компонентов (например, нажав сенсорную область сенсорного экрана , 158, , перекрывающую ассоциированное имя или значок), чтобы отобразить представление в графическом пользовательском интерфейсе для этого конкретного компонента.Например, если пользователь выбрал «VAULT» в представлении приборной панели на фиг. 8, графический пользовательский интерфейс 160 A для переносимого на хосте монитора / шайбы 30 D в этом месте (дверь хранилища) будет затем отображаться на коммуникационном терминале 36 A, как показано на фиг. 10. Графический пользовательский интерфейс 160 A для этого монитора 30 D отображает данные в реальном времени, полученные этим монитором (например, дверь закрыта, движение стабильно, температура 80 градусов, влажность 20%, Wi-Fi подключен, подключен к USB шнур питания, аккумулятор заряжен на 80%, сирена / сигнализация включена).Графический пользовательский интерфейс 160 D также можно использовать для просмотра исторических данных. Например, история (исторический журнал) открываний и закрываний дверей, обнаружения движения, температурных исключений, исключений влажности и т. Д., А также соответствующие даты и время могут быть отображены нажатием на сенсорном экране 158 на часах или рядом с ними. значок. Исторические данные, связанные с параметрами (например, движение, температура, влажность и т. Д.), Можно просмотреть аналогичным образом, активировав сенсорный экран 158 на значке, представляющем этот параметр, или рядом с ним.Соответственно, будет принято во внимание, что система позволяет пользователю отслеживать в реальном времени и исторические данные, связанные с устройством 10 B и / или устройством 10 A безопасности, из удаленного места.

Пользователь может использовать пользовательский интерфейс 152 и приложение на коммуникационном терминале 36 A, 36 B для программирования настроек системы 10 для использования возможностей мониторинга умного дома и / или системы безопасности.Терминал связи 36 A, 36 B реагирует на ввод пользователя (например, активацию пользователем сенсорного экрана 158 ) для передачи сигналов по меньшей мере на один удаленный компьютер 38 (облако или сервер) на изменять инструкции и / или настройки для работы умного дома и / или устройства безопасности. Например, обращаясь к виду пользовательского интерфейса, показанному на фиг. 10, если бы пользователь нажал плитку температуры, экран пользовательского интерфейса по фиг. 24 появится.Используя ползунок с правой стороны, пользователь может изменить настройки верхнего и нижнего значений температуры, чтобы установить неисключительный диапазон температуры, выход за пределы которого будет считаться температурным исключением. Аналогичным образом, как показано на фиг. 10, если бы пользователь нажал плитку влажности, экран пользовательского интерфейса по фиг. 23 появится. Используя ползунок с правой стороны, пользователь может изменить настройки верхнего и нижнего значений влажности, чтобы установить неисключительный диапазон значений влажности, выход за пределы которого будет считаться исключением влажности.Такие исключения для температуры и влажности будут определяться контроллером интеллектуального устройства путем сравнения заданных диапазонов с текущими измеренными значениями температуры и влажности. В качестве другого примера пользователь может нажать плитку сирены (фиг. 10), чтобы перейти к экрану пользовательского интерфейса, показанному на фиг. 25, который позволяет пользователю изменять настройки (вкл. / Выкл.), При открытии / закрытии двери, при открытии / закрытии двери, при включении / выключении основного монитора и / или при возникновении события безопасности. обнаружен (тревожная сирена).В качестве еще одного примера пользователь может перейти к экрану пользовательского интерфейса на фиг. 26, чтобы выбрать, будет ли и какой тип уведомлений сервер будет отправлять на коммуникационный терминал в ответ на различные события (например, открытие / закрытие двери, исключение температуры или влажности, обнаруженное событие безопасности). На виде, показанном на фиг. 26, настройки предназначены для доставки уведомлений для всех возможных типов предупреждений (например, тревога, постановка / снятие с охраны, дверь) через приложение (например, вызывая появление окна уведомления на коммуникационном терминале пользователя), а не через SMS или Эл. адрес.Сервер , 38, может синхронизировать некоторые инструкции, которые он получает от коммуникационного терминала, с соответствующими интеллектуальными устройствами, например, инструкции о том, как определить, произошло ли событие безопасности (например, событие безопасности движения, событие безопасности положения, событие безопасности температуры или влажности), чтобы о таком событии безопасности можно было соответствующим образом сообщить серверу.

Удаленный сервер 38 включает в себя по меньшей мере один процессор 38 A (в широком смысле, «системный контроллер») и по меньшей мере один материальный носитель данных 38 B, хранящий инструкции, выполняемые процессором.Материальный носитель 38 B хранит базу данных 38 C (пример которой показан на фиг. 31A-31B), включая инструкции или настройки, связанные с индивидуальным или множественным устройством контроля безопасности 10 A и устройством умного дома 10 B для управления его работой. Данные настроек в базе данных 38, C изменяются или обновляются в ответ на ввод пользователя, полученный в пользовательском интерфейсе терминала связи (например, через экраны, показанные на фиг.23-26), и некоторые данные настроек (относящиеся к локальным действиям устройства, такие как критерии или параметры для определения события безопасности) могут быть синхронизированы с сервера 38 на соответствующее интеллектуальное устройство. По меньшей мере, один процессор 38 A по меньшей мере одного удаленного компьютера 38 (сервер) действует как главный процессор для системы 10 . Во время работы сигналы от различных устройств мониторинга умного дома и безопасности 10 B, 10 A (e.g., сигналы событий безопасности, представляющие данные датчика безопасности) передаются через сеть передачи данных 40 на сервер 38 , где данные регистрируются в базе данных 38 C на сервере. Главный процессор 38 A реагирует на такие данные и настройки или инструкции, хранящиеся в базе данных 38 C, чтобы отправлять уведомления на коммуникационные терминалы 36 A, 36 B (и / или учетную запись электронной почты) и / или посылать управляющие сигналы (например,g., инструкции действий или обновления настроек) в интеллектуальный дом и / или устройство мониторинга безопасности 10 B, 10 A для управления его работой. Примеры такой передачи данных и работы системы будут более подробно описаны ниже. В общем, примерный процесс показан на фиг. 29, в котором процессор 38 A будет ссылаться на базу данных по фиг. 31A-31B.

Как правило, устройство контроля безопасности 10 A (например, хост-монитор 30 A- 30 D, выключатель электропитания 33 A- 33 B) может передавать данные датчика по передаче данных. сеть 40 по меньшей мере на один удаленный компьютер 38 (сервер), который регистрирует данные на сервере 38 C и может отправлять ответные команды управления компонентам системы 10 .В ответ на данные датчика и в зависимости от инструкций, хранящихся на материальном носителе 38 B по меньшей мере одного удаленного компьютера 38 (например, предварительно заданных с использованием пользовательского интерфейса терминала связи), уведомления могут быть отправлены на один или несколько коммуникационных терминалов 36 A, 36 B. Например, коммуникационные терминалы 36 A, 36 B могут принимать сигналы уведомления от по меньшей мере одного удаленного компьютера 38 через сеть передачи данных 40 , чтобы отображать уведомление для пользователя, связанное с данными датчика.Сигналы уведомления могут быть отправлены по электронной почте, SMS (текстовое сообщение) или через приложение (для отображения в виде уведомления на экране). Примеры уведомлений включают «высокая влажность», «высокая температура», «низкая температура», «открытая дверь», «обнаружено движение», «обнаружено несанкционированное вмешательство», «низкий заряд батареи» и т. Д. Кроме того, в зависимости от данных датчика и в зависимости от по инструкциям, хранящимся на материальном носителе 38 B по меньшей мере одного удаленного компьютера 38 , управляющие сигналы (инструкции действий) могут быть отправлены в другие компоненты системы.Например, команды управления могут вызывать камеру 32 A- 32 D, связанную с соответствующим монитором 30 A- 30 D (например, имея в поле зрения хост, несущий хост-компьютер). несущий монитор), чтобы начать запись видео (в широком смысле, «данные захвата изображения»), и / или вызвать интеллектуальную электрическую розетку 34 A- 34 C, связанную с переносным на хост-мониторе, для подачи питания или прекращения подачи питания на электрическое устройство (например,, осушитель воздуха, свет, кофеварка и т. д.). В качестве другого примера, команды управления могут заставить камеру 32 A- 32 D, связанную с соответствующим выключателем 33 A, 33 B, начать запись видео, и / или вызвать выключатель электрического питания 33 A, 33 B для подачи питания или прекращения подачи питания. Более того, в ответ на данные датчиков, по меньшей мере, один удаленный компьютер , 38, может изменять настройки или инструкции, хранящиеся в облаке, для управления работой одного или нескольких из интеллектуального дома и / или устройства мониторинга безопасности 10 B, 10 А.Например, когда передняя дверь 14 открывается и закрывается (т. Е. Пользователь выходит из дома), по крайней мере, один удаленный компьютер 38 может изменить режим или состояние устройства контроля безопасности 10 A на «охрана». ”(Например, ЗАБЛОКИРОВАНО) и посылать управляющие сигналы на соответствующее устройство контроля безопасности, чтобы работать в соответствии с запрограммированными или предварительно заданными параметрами в режиме охраны. Различные события и примеры связанных реакций показаны на фиг. 31A-31B.

Каждая камера 32 A- 32 E может передавать данные датчиков (например,g., данные датчика движения или данные датчика изображения) в сети передачи данных 40 по крайней мере на один удаленный компьютер 38 (облако), который регистрирует данные на сервере 38 C. камеры 32 A- 32 E могут собирать данные датчика изображения непрерывно, когда движение обнаруживается камерой или когда поступает указание по крайней мере от одного удаленного компьютера 38 (например, в ответ на данные датчика от другого компонента система и / или инструкции от коммуникационного терминала).В ответ на данные датчика изображения, в зависимости от инструкций, хранящихся на материальном носителе 38 B по меньшей мере одного удаленного компьютера 38 (например, ранее заданных с использованием пользовательского интерфейса коммуникационного терминала), могут быть отправлены уведомления к одному или нескольким коммуникационным терминалам 36 A, 36 B. Например, коммуникационные терминалы 36 A, 36 B могут принимать сигналы уведомления от по меньшей мере одного удаленного компьютера 38 через сеть передачи данных 40 для отображения уведомления пользователю (например,g. через электронную почту, текстовое сообщение или приложение), что движение было обнаружено и / или были собраны данные изображения датчика. Затем пользователь может открыть приложение на коммуникационном терминале 36 A, 36 B и просмотреть зарегистрированные данные о движении и / или данные датчика изображения (например, фотографии или видео). Более того, на коммуникационном терминале 36 A, 36 B через приложение пользователь мог видеть данные датчика изображения в реальном времени (например, видеопоток) с соответствующей камеры 32 A- 32 E и / или другие камеры.

Каждая интеллектуальная электрическая розетка 34 A- 34 C может управляться по крайней мере одним удаленным компьютером 38 в ответ на данные датчиков, полученные от устройства контроля безопасности 10 A и / или устройства умного дома 10 B. Например, в ответ на данные датчика движения, данные датчика изображения, данные датчика окружающей среды или другие данные датчика (или соответствующие им сигналы событий безопасности) от одного или нескольких устройств безопасности 10 A (e.g., размещаемые на хосте мониторы 30 A- 30 D или камеры 32 A- 32 E) и на основе настроек или инструкций, хранящихся на материальном носителе данных 38 B (например, ранее установленных используя пользовательский интерфейс терминала связи 36 A, 36 B), управляющий сигнал или инструкция действия могут быть отправлены на одну или несколько интеллектуальных электрических розеток 34 A- 34 C для подачи электроэнергии к подключенному к нему электрическому устройству.Например, может быть включен / выключен свет 24 A, осушитель 24 B, кофеварка 24 C и т. Д., Подключенные к интеллектуальной электрической розетке. Более того, каждая интеллектуальная электрическая розетка 34 A- 34 C может управляться через терминал связи 36 A, 36 B для включения / выключения электропитания специальным образом (например, в дополнение к или переопределение запрограммированных настроек или инструкций, хранящихся для этой интеллектуальной электрической розетки в облаке).Данные об использовании интеллектуальной электрической розетки 34 A- 34 C можно регистрировать в облаке 38 и просматривать на терминалах связи 36 A, 36 B.

С учетом вышеизложенного, это Следует понимать, что пользователь может программировать различные инструкции или настройки для отдельных компонентов по желанию для конкретного приложения, что может включать в себя работу в координации или взаимодействии с другими компонентами системы 10 .Например, система 10 , показанная на фиг. 1 может быть запрограммирован таким образом, что когда переносной на хосте монитор 30 A на внешней двери 14 обнаруживает, что дверь открыта, и / или обнаруживает вибрацию или другое движение двери, данные датчика передаются по крайней мере на один удаленный сервер 38 и сохраненные настройки или инструкции могут заставить по меньшей мере один удаленный сервер 38 отправлять управляющие сигналы на первую и / или вторую камеры 32 A, 32 B для начала сбора данных изображения.Если переносной на хосте монитор 30 C на транспортном средстве 20 указывает движение, камере 32 C в гараже может быть дана команда начать сбор данных изображения датчика. Если переносной монитор 30 B на двери спальни 16 обнаруживает, что дверь открыта и / или движение двери, камера 32 D может начать сбор данных датчика изображения. В качестве другого примера, если переносной на хосте монитор 30 D на двери хранилища 22 обнаруживает, что дверь открыта и / или движение двери, интеллектуальная электрическая розетка 34 A может получить команду на подачу питания (или прекратить подачу питания) на свет 24 А в хранилище.Если переносной монитор 30 D на двери хранилища 22 обнаруживает высокую влажность, интеллектуальная электрическая розетка 34 B может быть проинструктирована о подаче питания на осушитель 24 B для снижения влажности. Кофеварка 24 C может получать питание от интеллектуальной розетки 34 C в запрограммированное время или моменты времени, которые могут быть сохранены в виде инструкции в облаке и вызывать отправку соответствующего управляющего сигнала в интеллектуальную розетку 34 С.Кроме того, обогреватель может быть подключен к интеллектуальной розетке 34 C, которая может получать инструкции от сервера 38 для подачи электроэнергии (и, следовательно, тепла) на основе сигнала от монитора 30 , установленного на хосте, указывающего исключение температуры (например, ниже порога температуры). Аналогичным образом можно было использовать осветительный прибор 24 A и осушитель 24 B. Если выключатель электропитания 33 A, 33 B обнаруживает движение в своем поле зрения (например,g., поле зрения датчика движения), удаленный компьютер 38 может дать команду переключателю начать или прекратить подачу электроэнергии, может дать команду одной или нескольким камерам 32 A- 32 E начать сбор данных изображения, и / или может дать команду одному или нескольким интеллектуальным устройствам подать звуковой сигнал. Данные о движении от коммутатора 33 A, 33 B могут храниться на удаленном сервере 38 , а данные о движении в реальном времени и исторические данные о движении могут быть просмотрены пользователем на коммуникационном терминале 36 A, 36 Б.Во всех вышеупомянутых примерах связанное уведомление может быть отправлено на коммуникационный терминал пользователя, чтобы информировать пользователя об обнаруженных данных и / или ответной активности. Кроме того, размещенные на хосте мониторы 30 A- 30 D, камеры 32 A- 32 E и / или интеллектуальные розетки 34 A- 34 C могут быть поставлены на охрану и / или сняты с охраны автоматически. (например, в заранее установленное время (а) на основании наступления определенных событий и т. д.) или вручную пользователем через терминал связи 36 A, 36 B (e.г., через приводы 166 ). Когда компонент поставлен на охрану, он работает, как описано выше (например, записывает данные датчиков и т. Д.), А когда компонент снят с охраны, он может находиться в незанятом или неактивном состоянии.

Ссылаясь на ФИГ. 15-18 показана система крепления 180 для установки магнита или каталожного номера 183 (аналогично магниту 68 , описанному выше) в положении, позволяющем его обнаруживать датчиком положения монитора. Как показано на фиг. 15, система крепления 180 включает в себя набор креплений 182 A- 182 C для удерживания магнита 183 на месте.В комплект входит первое крепление 182 A, а также первое и второе основания 190 , 196 , выборочно комбинируемые с держателем 192 для определения второго и третьего креплений 182 B, 182 C. Первое крепление 182 A включает в себя основание 186 и держатель 184 , определяющий выемку, в которой магнит может удерживаться трением. Как показано на фиг. 17, первое крепление 182 A может быть прикреплено к монтажной поверхности с помощью фиксатора 188 (например.г., винт), проходящий через крепление. В качестве альтернативы можно использовать клей или другие средства. Как показано на фиг. 18, вторая опора 182 B соединяется с установочной поверхностью путем пропуска крепежа 188 через основание 190 и последующего соединения держателя 192 с основанием. Основания 190 , 196 включают соответствующие отверстия с внутренней резьбой, в которые может быть установлен держатель 192 , имеющий соответствующую часть с наружной резьбой.Держатель , 192, имеет углубление, в котором магнит может удерживаться трением. Первая и вторая базы 190 , 196 имеют аналогичную конструкцию, за исключением того, что вторая база длиннее первой. Расположение таково, что первое крепление 182 A может использоваться, когда магнит 183 может быть расположен относительно близко к монтажной поверхности, а второе и третье крепления 182 B, 182 C могут использоваться, когда магнит должен располагаться дальше от монтажной поверхности, чтобы датчик положения монитора правильно распознал его.Держатель 192 может ввинчиваться в основание 190, или 196 или из него на желаемую величину, так что второе и третье крепления могут регулироваться для изменения расстояния между магнитом и установочной поверхностью. Например, второе крепление 182 B можно отрегулировать для изменения расстояния между установочной поверхностью и магнитом в пределах 1-2 дюймов, а третье крепление 182 C можно отрегулировать, чтобы изменить расстояние в включительно диапазон 2-3 дюйма.Соответственно, магнит , 183, может быть установлен множеством различных способов, чтобы его мог определять датчик положения монитора. Например, сравните установку магнита 183 на ФИГ. 17 и 18.

Как показано на фиг. 20-22 показан примерный вариант дверного узла в соответствии с настоящим раскрытием. Дверной узел включает дверь 222 , шарнирно прикрепленную к дверной коробке 223 . Как объяснено выше со ссылкой на фиг. 1 дверь 22 может быть дверью хранилища.Как пояснялось выше, монитор 30 D может быть интегрирован с дверью 22 . Дверь 222 является конкретным примером такого варианта осуществления. Дверной узел может быть установлен в проем в стене таким образом, чтобы дверь служила дверью в комнату здания, такую ​​как хранилище и т. Д. Дверь включает в себя монитор 230 D, имеющий пользовательский интерфейс 272 на перед дверью. Например, пользовательский интерфейс может использоваться для ввода кода или комбинации для отпирания засовов двери, чтобы разрешить открытие двери.Следует понимать, что дверь , 222, и дверная рама , 223, могут быть частью автономного хранилища шкафного типа, как объяснено выше, без выхода за рамки настоящего раскрытия.

Монитор 230 D включает в себя источник питания 252 , в том числе внутреннюю батарею и / или порт (ы) электропитания, сконфигурированный для приема кабеля питания. В одном примере монитор включает в себя аккумулятор, который служит в качестве резервного источника питания, и включает порты электропитания на передней и задней части дверной рамы, которые могут использоваться в качестве основного источника питания.Например, шнур питания, подключенный к электрической розетке, может быть подключен к порту питания дверного узла, или шнур питания, подключенный к клеммам батареи (например, 12-вольтовой батареи), может быть подключен к порту питания дверная сборка. Когда источник питания подключен к одному из портов питания, внутренняя резервная батарея заряжается и поддерживается в заряженном состоянии на случай, если это потребуется при потере основного источника питания. Помимо внутренней батареи, батарея также может быть подключена к одному из портов электропитания, чтобы служить в качестве дополнительного резервного источника питания.

Монитор 230 D включает в себя контроллер монитора 254 (например, микропроцессор или процессор) и материальный носитель данных 256 , на котором хранятся исполняемые процессором инструкции для выполнения контроллером 254 . Например, материальный носитель данных 256 может хранить инструкции для подключения монитора 230 D к сети передачи данных 40 , когда обнаруживается доступность сети. Монитор 230 D включает в себя по меньшей мере один коммуникационный порт 258 , сконфигурированный для коммуникативного соединения монитора с сетью передачи данных 40 .Например, порт , 258, может содержать приемопередатчик Wi-Fi для передачи и приема беспроводных сигналов данных в сети Wi-Fi. Коммуникационный порт , 258, может содержать другие типы беспроводных портов (например, Bluetooth, ZigBee, NFC и т. Д.) Или проводные порты (например, Ethernet, последовательный и т. Д.). Дополнительно, сотовый порт 260 также предоставляется для коммуникативного подключения монитора 230 D к сотовой сети 40 C. Монитор 230 D дополнительно включает в себя датчик влажности 262 и датчик температуры 264 ( в широком смысле, «датчики окружающей среды») для определения условий температуры и влажности окружающей среды рядом с дверью , 222, .Монитор 230 D включает в себя датчик положения 266 (например, встроенный в дверь 222 ) для определения положения монитора 230 D и, следовательно, положения двери. Например, датчик положения 266 может быть датчиком на эффекте Холла, сконфигурированным для определения положения датчика относительно магнита или ссылки 268 (фиг. 20) на дверной раме 223 . Датчик положения 266 позволяет монитору 230 D определять, открыта или закрыта дверь 222 .Могут использоваться другие типы датчиков положения. Монитор 230 D включает в себя датчик движения 270 , сконфигурированный для обнаружения движения монитора и, таким образом, движения двери 222 , несущей монитор. Например, датчик движения , 270, может содержать акселерометр, сконфигурированный для обнаружения вибрации или других типов движения (например, ускорения) монитора. Монитор 230 D может также включать в себя датчик блокировки 267 , сконфигурированный для определения того, заперта или отперта дверь 222 (например,g., болт (ы) выдвинут или втянут).

Пользовательский интерфейс 272 монитора 230 D содержит пользовательский ввод 274 и пользовательский вывод 276 . В проиллюстрированном варианте осуществления пользовательский ввод 274 содержит множество кнопок 274 A (в широком смысле «исполнительные механизмы») на передней панели монитора 230 D. В показанном варианте осуществления кнопки содержат цифровые кнопки (например, , 0 по 9 ) для ввода кода для отпирания двери 222 .Кнопки 274 A также можно использовать для «включения» или «снятия с охраны» монитора 230 D, чтобы выборочно переводить монитор в активное состояние мониторинга. Пользовательский вывод 276 включает в себя множество индикаторов 276 A- 276 E (например, светодиоды или секции дисплея). Первый, второй и третий индикаторы 276 A- 276 C могут указывать на такие вещи, как постановка / снятие с охраны, соединение Wi-Fi, низкий заряд батареи, состояние тревоги или необходимость в обслуживании. Индикатор 276 D показывает текущую температуру, измеренную датчиком температуры 264 .Индикатор 276 E показывает текущую влажность, измеренную датчиком влажности 262 . Могут быть предоставлены другие индикаторы. Пользовательский вывод 76 может также включать звуковой или визуальный сигнал тревоги (например, громкоговоритель или свет), сконфигурированный для индикации состояния тревоги на основе обнаруженных данных, таких как движение, изменение положения и т. Д. Например, динамик может «щебетать» »Всякий раз, когда дверь хоста открывается и / или закрывается, и динамик может издавать звуковой сигнал тревоги, когда монитор поставлен на охрану и обнаружены предустановленные условия тревоги (например.g., движение, открытая дверь, температура или влажность вне допустимого диапазона и т. д.). Кроме того, обнаруженные данные (например, заблокированные / разблокированные) могут быть записаны удаленным компьютером 38 , отправлены на коммуникационный терминал пользователя (например, текст, электронная почта, другое уведомление) и заставят удаленный компьютер 38 управлять компонентами. системы различными способами, как описано выше. Пользователь может просматривать в реальном времени и исторические данные, связанные с монитором 230 D, на своем коммуникационном терминале.

Варианты осуществления настоящего раскрытия могут содержать компьютер специального назначения, включающий в себя множество компьютерных аппаратных средств, как более подробно описано ниже.

Варианты осуществления в рамках настоящего раскрытия также включают в себя машиночитаемый носитель для переноса или хранения на нем исполняемых компьютером инструкций или структур данных. Такой машиночитаемый носитель может быть любым доступным носителем, к которому может получить доступ компьютер специального назначения. В качестве примера, но не ограничения, такие машиночитаемые носители могут включать в себя RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM или другое запоминающее устройство на оптическом диске, запоминающее устройство на магнитном диске или другие магнитные запоминающие устройства, или любой другой носитель, который может использоваться для переносить или хранить средства желаемого программного кода в форме исполняемых компьютером инструкций или структур данных, к которым может получить доступ компьютер общего или специального назначения.Когда информация передается или предоставляется через сеть или другое коммуникационное соединение (проводное, беспроводное или комбинацию проводного или беспроводного) к компьютеру, компьютер должным образом рассматривает соединение как машиночитаемый носитель. Таким образом, любое такое соединение правильно называть машиночитаемым носителем. Комбинации вышеперечисленного также должны быть включены в объем машиночитаемых носителей. Машиноисполняемые инструкции содержат, например, инструкции и данные, которые заставляют компьютер общего назначения, компьютер специального назначения или устройство обработки специального назначения выполнять определенную функцию или группу функций.

Нижеследующее обсуждение предназначено для предоставления краткого общего описания подходящей вычислительной среды, в которой могут быть реализованы аспекты раскрытия. Хотя это и не требуется, аспекты раскрытия будут описаны в общем контексте машиноисполняемых инструкций, таких как программные модули, выполняемые компьютерами в сетевых средах. Обычно программные модули включают в себя процедуры, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д., которые выполняют определенные задачи или реализуют определенные абстрактные типы данных.Машиноисполняемые инструкции, связанные структуры данных и программные модули представляют примеры программного кода для выполнения этапов способов, раскрытых в данном документе. Конкретная последовательность таких исполняемых инструкций или связанных структур данных представляет собой примеры соответствующих действий для реализации функций, описанных на таких этапах.

Специалисты в данной области техники оценят, что аспекты раскрытия могут быть реализованы на практике в сетевых вычислительных средах со многими типами конфигураций компьютерных систем, включая персональные компьютеры, портативные устройства, многопроцессорные системы, микропроцессорные или программируемые бытовые электронные устройства. , сетевые ПК, мини-компьютеры, мэйнфреймы и т. д.Аспекты раскрытия также могут быть реализованы на практике в распределенных вычислительных средах, где задачи выполняются локальными и удаленными устройствами обработки, которые связаны (либо посредством проводных линий связи, беспроводных линий связи, либо посредством комбинации проводных или беспроводных линий связи) через сеть связи. В распределенной вычислительной среде программные модули могут располагаться как в локальных, так и в удаленных запоминающих устройствах.

Примерная система для реализации аспектов раскрытия включает в себя вычислительное устройство общего назначения в форме обычного компьютера, включая блок обработки, системную память и системную шину, которая связывает различные системные компоненты, включая системную память, с обработкой Ед. изм.Системная шина может быть любого из нескольких типов шинных структур, включая шину памяти или контроллер памяти, периферийную шину и локальную шину, использующую любую из множества шинных архитектур. Системная память включает постоянное запоминающее устройство (ROM) и оперативное запоминающее устройство (RAM). Базовая система ввода / вывода (BIOS), содержащая базовые процедуры, которые помогают передавать информацию между элементами внутри компьютера, например, во время запуска, может храниться в ПЗУ. Кроме того, компьютер может включать в себя любое устройство (например, компьютер, ноутбук, планшет, КПК, сотовый телефон, мобильный телефон, интеллектуальное телевидение и т.п.), которое способно принимать или передавать IP-адрес по беспроводной сети в или из Интернета.

Компьютер может также включать в себя магнитный жесткий диск для чтения и записи на магнитный жесткий диск, магнитный дисковод для чтения или записи на съемный магнитный диск и оптический дисковод для чтения или записи на съемный магнитный диск. оптический диск, такой как CD-ROM или другой оптический носитель. Магнитный жесткий диск, магнитный дисковод и оптический дисковод подключаются к системной шине через интерфейс жесткого диска, интерфейс магнитного дисковода и интерфейс оптического дисковода, соответственно.Накопители и связанные с ними машиночитаемые носители обеспечивают энергонезависимое хранилище компьютерно-исполняемых инструкций, структур данных, программных модулей и других данных для компьютера. Хотя примерная среда, описанная здесь, использует магнитный жесткий диск, съемный магнитный диск и съемный оптический диск, могут использоваться другие типы машиночитаемых носителей для хранения данных, включая магнитные кассеты, карты флэш-памяти, цифровые видеодиски, картриджи Бернулли. , RAM, ROM, твердотельные накопители (SSD) и тому подобное.

Компьютер обычно включает в себя множество машиночитаемых носителей. Машиночитаемый носитель может быть любым доступным носителем, к которому компьютер может получить доступ, и включает в себя энергозависимые и энергонезависимые носители, съемные и несъемные носители. В качестве примера, но не ограничения, машиночитаемые носители могут включать компьютерные носители информации и среду связи. Компьютерные носители данных включают в себя энергозависимые и энергонезависимые, съемные и несъемные носители, реализованные с помощью любого метода или технологии для хранения информации, такой как машиночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные.Компьютерные носители данных являются энергонезависимыми и включают, помимо прочего, RAM, ROM, EEPROM, флэш-память или другие запоминающие устройства, CD-ROM, универсальные цифровые диски (DVD) или другое запоминающее устройство на оптических дисках, твердотельные накопители, магнитные кассеты, магнитная лента, запоминающее устройство на магнитном диске или другие магнитные запоминающие устройства, или любой другой носитель, который может использоваться для хранения желаемой энергонезависимой информации, к которой может получить доступ компьютер. В качестве альтернативы, средства связи обычно воплощают машиночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные в модулированном сигнале данных, таком как несущая волна или другой транспортный механизм, и включают в себя любые среды доставки информации.

Программный код средство, содержащее один или несколько программных модулей, может храниться на жестком диске, магнитном диске, оптическом диске, ПЗУ и / или ОЗУ, включая операционную систему, одну или несколько прикладных программ, другие программные модули и программные данные. . Пользователь может вводить команды и информацию в компьютер с помощью клавиатуры, указывающего устройства или другого устройства ввода, такого как микрофон, джойстик, игровая панель, спутниковая антенна, сканер и т.п. Эти и другие устройства ввода часто подключаются к процессору через интерфейс последовательного порта, подключенный к системной шине.В качестве альтернативы устройства ввода могут быть подключены через другие интерфейсы, такие как параллельный порт, игровой порт или универсальная последовательная шина (USB). Монитор или другое устройство отображения также подключается к системной шине через интерфейс, например видеоадаптер 48 . В дополнение к монитору персональные компьютеры обычно включают в себя другие периферийные устройства вывода (не показаны), такие как динамики и принтеры.

Один или несколько аспектов раскрытия могут быть воплощены в исполняемых компьютером инструкциях (т.е.е., программное обеспечение), подпрограммы или функции, хранящиеся в системной памяти или энергонезависимой памяти в виде прикладных программ, программных модулей и / или программных данных. В качестве альтернативы программное обеспечение может храниться удаленно, например, на удаленном компьютере с удаленными прикладными программами. Обычно программные модули включают в себя процедуры, программы, объекты, компоненты, структуры данных и т.д., которые выполняют конкретные задачи или реализуют определенные абстрактные типы данных при выполнении процессором в компьютере или другом устройстве. Машиноисполняемые инструкции могут храниться на одном или нескольких материальных энергонезависимых машиночитаемых носителях (например,g., жесткий диск, оптический диск, съемные носители информации, твердотельная память, RAM и т. д.) и выполняются одним или несколькими процессорами или другими устройствами. Как будет понятно специалисту в данной области техники, функциональные возможности программных модулей могут быть объединены или распределены по желанию в различных вариантах осуществления. Кроме того, функциональные возможности могут быть реализованы полностью или частично в аппаратно-программных средствах или эквивалентах аппаратного обеспечения, таких как интегральные схемы, специализированные интегральные схемы, программируемые вентильные матрицы (FPGA) и т.п.

Компьютер может работать в сетевой среде, используя логические соединения с одним или несколькими удаленными компьютерами. Каждый из удаленных компьютеров может быть другим персональным компьютером, планшетом, КПК, сервером, маршрутизатором, сетевым ПК, одноранговым устройством или другим общим сетевым узлом и обычно включает в себя многие или все элементы, описанные выше относительно компьютер. Логические соединения включают в себя локальную сеть (LAN) и глобальную сеть (WAN), которые представлены здесь в качестве примера, а не ограничения.Такие сетевые среды являются обычным явлением в компьютерных сетях в масштабе офиса или предприятия, в интрасетях и в Интернете.

При использовании в сетевой среде LAN компьютер подключается к локальной сети через сетевой интерфейс или адаптер. При использовании в сетевой среде WAN компьютер может включать в себя модем, беспроводную связь или другие средства для установления связи через глобальную сеть, такую ​​как Интернет. Модем, который может быть внутренним или внешним, подключается к системной шине через интерфейс последовательного порта.В сетевой среде программные модули, изображенные относительно компьютера, или его части могут храниться в удаленном запоминающем устройстве. Следует понимать, что показанные сетевые соединения являются примерными, и могут использоваться другие средства установления связи по глобальной сети.

Предпочтительно, исполняемые компьютером инструкции хранятся в памяти, такой как жесткий диск, и выполняются компьютером. Преимущественно компьютерный процессор имеет возможность выполнять все операции (например,g., выполнять исполняемые компьютером инструкции) в реальном времени.

Порядок выполнения или выполнения операций в вариантах осуществления раскрытия, проиллюстрированных и описанных в данном документе, не является существенным, если не указано иное. То есть операции могут выполняться в любом порядке, если не указано иное, и варианты осуществления раскрытия могут включать в себя дополнительные или меньшее количество операций, чем те, что раскрыты в данном документе. Например, предполагается, что выполнение или выполнение конкретной операции до, одновременно с или после другой операции находится в пределах объема аспектов раскрытия.

Варианты осуществления раскрытия могут быть реализованы с помощью исполняемых компьютером инструкций. Машиноисполняемые инструкции могут быть организованы в один или несколько компьютерно-исполняемых компонентов или модулей. Аспекты раскрытия могут быть реализованы с любым количеством и организацией таких компонентов или модулей. Например, аспекты раскрытия не ограничиваются конкретными машиноисполняемыми инструкциями или конкретными компонентами или модулями, проиллюстрированными на чертежах и описанными в данном документе.Другие варианты осуществления раскрытия могут включать в себя различные исполняемые компьютером инструкции или компоненты, имеющие больше или меньше функциональных возможностей, чем проиллюстрировано и описано в данном документе.

Следует принять во внимание, что варианты осуществления, раскрытые в данном документе, являются примером, а не ограничением, и что отклонения от раскрытых вариантов осуществления и признаков могут использоваться без выхода за пределы объема изобретения, определенного в формуле изобретения.

Интеллектуальная модель энергоэффективности умного дома с использованием искусственного движка TensorFlow | Вычислительные и информационные технологии, ориентированные на человека

Целевая осведомленность разведки как концепция услуги

Целевая осведомленность разведки как услуга (IAT) — это модель, которая выполняет интеллектуальную обработку данных ситуационной осведомленности на уровне вещей [31].IAT собирает данные, полученные от вещей, собирая только те данные, которые необходимы в соответствии с заранее определенными ситуациями. Это позволяет избежать ненужной обработки и выполнить необходимые действия и процессы, чтобы можно было обрабатывать данные в соответствии с ситуацией.

IAT определяет четыре основных типа действий пользователя и моделей образа жизни, чтобы он мог заранее узнавать о ситуациях. На основе этого IAT узнает о ситуации и обрабатывает необходимые данные.

В этом исследовании IAT делится на IAT датчика, IAT смартфона и IAT интеллектуального устройства. Эти три устройства (датчик, смартфон и интеллектуальное устройство) очень просты для доступа и сбора данных об окружающей среде умного дома и пользовательских данных, и они являются одними из устройств, которые производят и обрабатывают больше всего данных. В целом IAT можно разделить на стационарный IAT и нестационарный IAT. Стационарный IAT обычно связан с датчиком IAT, а нестационарный IAT часто связан с IAT смартфона.

Между тем, интеллектуальное устройство IAT также может быть объяснено как еще один тип IAT. Он отличается от других типов IAT тем, что является не только формой IAT, но и типом IST (цель службы разведки как служба). Поскольку IAT интеллектуального устройства отличается от других IAT в этом отношении, в данной статье он рассматривается как дополнительный тип IAT.

Датчик IAT

Датчик IAT — это стационарная модель, предназначенная для сбора простых данных датчика. Это группа датчиков, которые необходимы для определения ситуации в помещении и представления определенных числовых значений и представлений об окружающей среде.

На рис. 1 показан план этажа умного дома, в каждом помещении которого установлены стационарные сенсорные панели. Минимальное количество датчиков, необходимых для определения текущего состояния умного дома, подключается к умным доскам, и они собирают фактические данные. Используются три типа датчиков: звуковой, датчик движения и поворотный. Эти датчики предназначены для сбора данных и получения информации о внутренней ситуации в каждой из отдельных сетей в умном доме по отдельности.

Фиг.1

Датчик для каждой локальной сети

Как показано на рис. 2, действия пользователей и модели образа жизни разделены на четыре основных ситуации, в которых ITA может заранее узнать о ситуации в помещении. Первая ситуация — это пользователь, выполняющий действие в помещении. Вторая ситуация — пользователь отдыхает в помещении. Третья ситуация — пользователь спит в помещении. Четвертая ситуация — в помещении пользователя нет. Местоположение, движения и закономерности пользователя можно понять через эти категоризированные ситуации.

Рис.2

Тип ситуации по датчику

Проверка датчика, показанная на рис. 2, представляет собой очень простое действие, которое определяет, было ли что-то обнаружено или нет, и не требует передачи большого объема данных. Таким образом, IAT может заранее быстро определить ситуацию и передать данные на сервер только тогда, когда это необходимо. Когда данные не передаются, сеть не используется, а потребление энергии сводится к минимуму.

Смартфон IAT

Смартфоны представляют собой нестационарный IAT в отличие от датчика IAT.

Как показано на рис. 3, смартфоны содержат различные датчики. Это наиболее важное устройство для сбора данных непосредственно с ближайшей к пользователю позиции. Таким образом, он собирает данные, необходимые для анализа статуса пользователя. В этом исследовании использовались датчик GPS, гироскоп, датчик приближения, датчик барометра и датчик освещенности смартфона. Эти датчики позволяют детально понимать положение пользователя, его движение, освещенность в текущем положении и т. Д. Эти данные передаются на сервер и классифицируются по весам как часть обучающих данных.

Фиг.3

Интеллектуальное устройство IAT

Интеллектуальное устройство IAT представляет собой более сложную модель, чем существующие датчики уровня IAT и IAT смартфона. Это может обрабатывать как уровень IAT, так и IST уровня обслуживания.

Интеллектуальное устройство IAT выполняет две роли: сбор данных от интеллектуальных устройств на уровне вещей и предоставление услуг на уровне обслуживания.

Первую роль сбора данных можно разделить на две части: сбор данных о среде с помощью простых датчиков и сбор данных для анализа моделей использования пользователями.В первой части собираются простые данные о среде в соответствии с функциями различных интеллектуальных устройств, как показано на рисунке 4; и собранные данные поступают в различных формах. Интеллектуальное устройство IAT обрабатывает различные данные для их интеграции и передает на сервер. Устройство, такое как кондиционер, измеряет температуру в помещении и передает ее на сервер. Другая часть — это сбор пользовательских данных, и для этой части собираются записи об активности использования интеллектуального устройства для анализа шаблонов использования.Собранные данные передаются на сервер, а пользовательские шаблоны анализируются с помощью машинного обучения. Это необходимо для определения и предоставления услуг, подходящих для этих шаблонов.

Рис.4

Интеллектуальное устройство для каждой локальной сети

Вторая роль — предоставление автоматизированного обслуживания по указанию сервера. Например, для кондиционера результат решения на сервере может привести к предоставлению услуг кондиционирования воздуха для оптимизации температуры в помещении.

Интеллектуальное устройство IAT одновременно выполняет сбор данных и автоматизированное обслуживание. Это модель умного дома следующего поколения, способная к двусторонней связи, и она сочетает в себе модель IAT, которая собирает данные, и модель IST, которая предоставляет услуги, которые представлены в этом исследовании. Кроме того, он также выполняет роль модели IST, поскольку имеет дело с уровнем обслуживания, который предоставляет модель IST, которая представлена ​​во второй части этой статьи.

Интеллектуальная энергоэффективность как концепция услуги

Интеллектуальная энергоэффективность как услуга (IE ² S) представляет собой платформу Интернета вещей и выполняет роль сервера.На рис. 5 IE ² S интеллектуально интегрирует и контролирует как уровень вещей, так и уровень обслуживания.

Фиг.5

На уровне вещей IAT заранее узнает о ситуациях и передает собранные данные в IE ² S. Переданные данные непрерывно собираются, и для их анализа используется алгоритм обучения нейронной сети. IE ² S выполняет две функции посредством машинного обучения: распознавание ситуации и выяснение модели потребления пользователем [37, 38].

Для первой функции IE ² S непрерывно собирает данные, отправленные из IAT, в режиме реального времени и анализирует ситуацию в умном доме, чтобы распознать ситуацию. Он не только узнает о ситуации, но также анализирует несколько видов данных об окружающей среде и находит оптимальные условия ситуации. Для второй функции он исследует шаблоны использования Интернета вещей пользователем в умном доме. Данные пользователя, использующего IoT, или ранее записанные данные собираются и используются в качестве целевых данных для обучения.Обучение осуществляется непрерывно, чтобы обеспечить ситуации в среде умного дома, которые хочет пользователь.

На уровне обслуживания IE ² S анализирует полученные данные и предоставляет услуги, подходящие для соответствующих ситуаций. Для этого данные служебных команд передаются из IE ² S в IST. Действия не просто выполняются, а скорее действия определяются системой IST для предоставления услуг, соответствующих функциям устройства, и действия выполняются в соответствии с этими функциями.При анализе моделей использования пользователем в умном доме и избегании ненужных задач цель состоит в том, чтобы уменьшить потребление энергии и сети. Если сократить количество ненужных услуг и предоставить необходимые услуги, можно добиться автоматизации энергоэффективности умного дома.

Целевая аналитическая служба как концепция службы

Интеллектуальная служба TAS (IST) выполняет роль предоставления услуг с помощью различных интеллектуальных устройств. IST использует данные обучения из IE ² S для предоставления пользователю необходимых услуг.Поскольку сбор данных и предоставление услуг обычно выполняются одним устройством, в интеллектуальные устройства включены как IAT, так и IST, как показано на рис. 6.

Рис. 6

IST и IE ² S связи для интеллектуальных бытовая техника

На рис. 6 в IST три устройства: кондиционер, лампа и электрическое одеяло. Чтобы показать большой объем данных и различные задействованные услуги, наиболее часто используемые в домашнем хозяйстве интеллектуальные устройства были выбраны из категории интеллектуальных устройств.Кондиционер передает текущую температуру в помещении на сервер, и пользовательские шаблоны использования и данные одновременно изучаются в IE ² S для выбора подходящего уровня температуры. В результате оптимальная температура в помещении может поддерживаться за счет кондиционирования воздуха. Лампа регулирует свою интенсивность и рабочее состояние в соответствии с текущим временем и присутствием или отсутствием пользователя в помещении, а модели использования пользователя анализируются для поддержания оптимальных значений.