Разработка IоТ-системы передачи и обработки информации об использованных энергоресурсах

АННОТАЦИЯ

Текстовая часть дипломной работы: 72 с., 22 рис., 2 табл., 0 листингов, 10 источников.

Цель работы: проанализировать создание системы автоматического сбора информации по аналоговым счетчикам. Необходимо создать экономически выгодную и в тот же время эффективную систему. Построить макет системы да проверить функционал системы.

В данной работе было проанализировано да описано сферу Интернета вещей (Internet of Things). Рассмотрены история создания ИоТ и примеры использования ИоТ в разных сферах жизни человека. Описана проблема, которую можно решить за помощью ИоТ. Просмотрены интерфейсы компонентов ИоТ, протоколы взаимодействия узлов ИоТ, архитектурные подходы к постройки систем и сетей ИоТ. Описано предложенную ИоТ систему автоматического сбора да обработки информации о использованы энергоресурсы.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ 8

ВВЕДЕНИЕ 9

ВЫВОДЫ 71

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ 72

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

на сегодняшний день в современном мире есть очень важным доступна и эффективная коммуникация. Благодаря сфере Интернета вещей (Internet of things) стало возможна быстрая передача данных между различными устройствами. В прошлом такой обмен информацией между устройствами часто называли машинно-машинной взаимодействием (M2M). M2M позволяют устройствам надежно отправлять и получать данные. За помощью разных технологий становится возможным обработка этих данных и создание систем для облегчение рутинных задач человечество. Сегодня сфера Интернета вещей очень стремительными шагами продолжает развиваться привлекая к себя все большее и большее внимание. Ведущие компаний мира вкладывают огромные инвестиции в развитие разных проектов в этой сфере.

Анализируя повседневные Задача человека можно заметить, что много кто не рационально использует свое время. Люди тратят такой бесценный ресурс на задачи, которые легко можно автоматизировать. Уже сегодня есть большое количество разных устройств, которые могут автоматически включать выключать свет, музыку, готовить кофе, убирать в комнате и еще тысячи разных действий. Использование разумных устройств во всех сферах сделает жизнь человека немного легче и сохранит значительную количество времени.

Сфера Интернета вещей объединяет разные устройства для более эффективной взаимодействия, что разрешает выполнять Задача разной тяжести. В современном мире уже реализовано много проектов умных домов ( smart home ), умных городов ( smart city ). Инвестируя сегодня в такие нет дешевые проекты понимают, что в будущем заработают гораздо больше. Новые компании с креативными идеями, которые появляются в этой сфере, сразу привлекают внимание богатейших людей мира.

Поэтому в этой дипломной работе будет представлен проект Интернета вещей, какой обязан решить проблему с сбором информации с аналоговых счетчиков. Автоматизация этого процесса значительно упростить процесс подачи показателей с счетчиков и сохранит время.

Сегодня мы не можем вообразить свою жизнь без смартфонов, компьютеров и разнообразных гаджетов. С каждым годом информационные технологии начинают играть все более значимую роль. В полной мере Возможно, что пройдет еще пара лет и Интернет вещей (IoT) станет таким же привычным явлением, как сотовый телефон. Ведь за последние десять лет этот направление информационных технологий стал ключевым. Анализируя историю Интернета вещей можно понять с чего все началось, как эта сфера приобрела такую популярность и все же понять действительно ли необходимо развивать эту ее, вкладывая большую количество ресурсов

Не так давно идея связать все со всем, возможно, звучала как некая надуманная футуристическая идея. Многие воспринимали ее как развлечение для любителей научной фантастики, которую мы не застанем в своей жизни. Но немного погодя поняли, что это нет фантазии а в полной мере возможна реальность. Состоялся Интернет взорвался по всему мира, какой привел значительные изменения в развития всех сфер человечество. Большинство начали почти сразу углубляться в «виртуальную жизнь», жизнь в Интернет. Каждый стремился получить собственный персональный компьютер ПК и изучать что-то Да есть для себя новое.

С каждым следующим годом пользователей в Интернете становилось все больше и больше. Мы начали присылать электронные письма, и компании по всему мира быстро поняли, какую эффективность можно получить с помощью цифровых транзакций да электронных коммуникаций Дальше вырос спрос на портативность. Ноутбуки стали настолько же распространенными, как и карманные кал ь у л ят оры , _ и т а к и слово как ― Инте р не т - кафе ‖ т а ― точки д о с т у п у W i - F i ‖ у вы й л ы _ в обычный лексикон людей. Но этого было недостаточно. Мы всегда хотели, чтобы Интернет был на нашей ладони – и смартфоны, с помощью мобильных сетей 3G и 4G размещали его там.

Сейчас мы начали задумываться о наших бытовых вещах, системах безопасности и автомобили, заводы да офисные здания, наши города да инфраструктуру. Мы хотим, чтобы все наши вещи были связаны со всеми нашими вещами – и, если ваши вещи еще не связанные, они скоро будут, особенно, поскольку пятое поколение мобильных широкополосных технологий (5G) уже также не фантазия.

Британский технолог Кевин Эштон дал определение "Интернет вещей" в 1999 году. году и определяет его так: "данные в двадцатом веке попадали в компьютер только от человека, какая использовала разные устройства ввода (клавиатура, компьютерная мышь и тд.), то в двадцать первом веке мы уже имеем дело с устройствами, которые сами могут собирать, обрабатывать и отправлять данные. Например, смартфон. Он может измерять, собирать большую количество разных параметров Уже сегодня с помощью смартфона мы узнаем погоду, новую информацию мире, расположение разных построек и тд. Вам не нужно вводить ему все эти данные с помощью различных устройств ввода, благодаря мобильным приложениям смартфон собирает их самостоятельно. В этом и состоит сущность Интернета вещей. Данные собираются, обрабатываются и передаются устройствами без участия человека ".

В 1999 году Эштон разработал систему, какая разрешала за помощью радиодатчиков получать данные о складских запасах продукции и отслеживать ее дальнейшую транспортировку на торговые точки. RFID-метки отправляли в систему информацию о своем текущем местонахождении. За счет этого поставщики и торговцы могли быстрее реагировать на колебания спроса и предложения. Таким образом, конкретный товар отправлялся именно на торговые точки, где наблюдался его дефицит. Преимущества системы Эштона очень быстро оценили самые большие розничные торговые сети. Теперь все производители, которые сотрудничают с продавцами, изготовляют свою продукцию исключительно из радиометками.

В конце 2000-х – начале 2010-х корпорации во всем мире начинали по-настоящему восхищаться Интернетом вещей. IBM начала работу над своей кампанией Smarter Planet . Мак-Кинси начал писать отчеты о состоянии технологий Интернет вещей. И в 2011 году Cisco заявила, что IoT "родился" между 2008 и 2009 годами – момент, когда к Интернету было подключено больше вещей или предметов, нож живых людей на планеты.

Рисунок 1.1 - История зарождение сферы Интернета вещей (IoT)

Стартапы IoT начали появляться чаще и чаще – например, Nest Labs в 2010 году, производя такие продукты, как датчики, Wi-Fi, самообучающиеся термостаты и детекторы дыма. В 2014 году Google объявил, что будет покупать Nest Labs за 3,2 миллиарда долларов . Появление Amazon Alexa и впоследствии Google Home привлекали все большую внимание в людей к умных девайсов.

Концепция IoT основана на принципе М2М. Это значит, что электронные устройства могут «общаться» один с одним без посредничества человека. IoT - это автоматизация высочайшего уровня. В IoT для обмена информацией через интернет используются TCP/IP-протоколы. Современный Интернет состоит из тысяч корпоративных, научных, правительственных да домашних компьютерных сетей. Объединение сетей разной архитектуры и топологии осуществляется за помощью протокола IP. Каждому участнику Сети (или группе участников) присваивается IP- адрес, постоянный или временный (динамический).

Аналогичным образом Интернет вещей сегодня складывается с множества слабо связанных между собой сетей, каждая из которых решает свои задачи. Например, в офисный здания может быть развернуто сразу несколько сетей: для управление кондиционерами, системой отопление, освещением, безопасностью и и т.д. Или сети могут работать за разными стандартами, и объединение их в одну сеть представляет собой нетривиальную задачу. Кроме того, существующее (четвертая) версия протокола IP (IPv4) разрешает использовать всего только 4,22 миллиарда адрес,

через что возникла проблема их исчерпывание. И хочет нет каждому аппарата, какой подключается к Сети, необходимый уникальный IP-адрес (но все равно необходимый уникальный идентификатор), в связи с бурным ростом Интернета вещей проблема недостачи адрес может стать ограничивающим фактором. Кардинально решить ее поможет шестая версия протокола, IPv6, которая обеспечит возможность использование каждым жителем Земли больше 300 млн. IP-адрес.

Срок IoT имеет английское происхождение и расшифровывается как internet of things. В современном понимании под этим словосочетанием скрывается новая система развития Всемирной Сети, где к нее подключается больше предметов, нож людей. Технология объединяет приборы в компьютерную сеть, что разрешает им обмениваться данным и работать в реальном времени без участия человека.

Широкое определение IoT охватывает все, что подключается к Интернету, включая ваш смартфон, планшет, настольный компьютер и ноутбук. Однако этот термин часто используется в несколько более узком понимании, поскольку "вещи", о которых говорится, - это другие предметы, которые могут взаимодействовать между собой - умные колонки, системы освещение, системы отопление, холодильники, машины тому подобное.

Впрочем, IoT касается не только связи – это сочетание подключенных устройств в автоматизированные системы для сбора данных, их анализа и выполнения определенных действий. Совместимость есть одним с ключевых аспектов IoT, что способствует росту его популярности. Подключенные или «умные» устройства – как часто называют «вещи» в Интернет вещей - имеют возможность собирать и обмениваться данными с другими устройствами в сети. Благодаря анализа да обработке данных устройства могут выполнять свои функции практически без взаимодействия с человеком.

Подобно к того, как Интернет в целом влияет на широкий спектр пользователей, да само влияет и IoT. В зависимости от масштаба подключение да количества задействованных устройств, IoT может иметь значительные и конкретные приложения, как для одного пользователя, да и для целого города. Область применение технологии охватывает практически все сферы человеческого жизнь. IoT используют на производстве, в логистике, здравоохранение, образовании да даже в домашних условиях.

Рассмотрим такой пример, как умный офис.

Система «умный офис» - это комплекс оборудования и программных решений, позволяющие контролировать перемещение персонала компании и обеспечивать эффективную взаимодействие между сотрудниками. Это можно достичь следующим образом:

Внедрение системы «умный офис» разрешает оптимизировать бизнес- процессы компании и позиционировать офис как инновационное рабочее пространство. За помощью определенных технических решений владельцы офисных помещений могут сделать рабочий пространство своих работников более удобным и сохранить их время.

Рисунок 1.2 – Пример реализации умного офиса Умные дома

Невозможно игнорировать влияние технологий IoT на наши дома. Умные приборы, освещение, безопасность да средства управление окружающим средой делают наше жизнь проще и более удобным. Существует большое количество компаний, которые придумывают новые решения для автоматизации разных процессов у вас дома. Nest есть одним с лидеров в этой отрасли. Благодаря ряда умных устройств, включая термостат Nest, внутренние камеры и сигнализацию, компания помогает вам лучше управлять своим домом.

Термостат узнает о ваши предпочтения да автоматически регулирует температуру. Кроме комфортной среды дома это поможет вам сэкономить на отоплении да эффективнее использовать свою энергию. Внутренние да внешние камеры Nest вместе с дымовыми датчиками делают ваш дом более безопасным.

Рисунок 1.3 – Пример реализации умного дома

Эта отрасль, пожалуй, была одной из первых, в которой стали появляться решения. IoT. Возьмем для примера автоматическое пополнение товара, какое используются в Amazon Go. Это может дать розничным продавцам полный контроль за своими цепями поставок, исключая человеческий фактор. Также позволит владельцам предприятий избежать чрезмерного заказа, эффективно ограничить сотрудников, злоупотребляющих своими привилегиями и лучше управлять материально-техническими издержками. Перечислены преимущества, в свою очередь, приводят удешевление продукции для конечных пользователей.

QueueHop – еще один пример инновационного решения отслеживания запасов и предотвращение краж IoT. Умные теги, прикрепленные к продаваемым товарам автоматически открепляются только после совершения платежа. Система ускоряет процесс оформление заказ, предлагая возможности мобильного самообслуживание да разрешает владельцам предприятий управлять своими запасами в режиме реального времени.

Также уже существуют проекты, в которых покупателям не нужно рассчитываться в кассе за товар. Деньги автоматически снимаются с банковской карты без взаимодействия человека, поскольку камеры автоматически отслеживают, что вы взяли. Использование таких проектов значительно сохранит время при покупатели разных товаров.

Рисунок 1.4 – Пример автоматического расчета за продукты в магазине Amazon go

Сегодня уже тяжело представить свое жизнь без смарт-часы, фитнес- девайса, они плотно вошли в нашу жизнь. Такие ведущие компании как Apple, Samsung, Xioami каждый год улучшают технические характеристики. новые функции. Уже сегодня смарт-часы могут мерить пульс, количество шагов, уровень кислорода в крови, потребление калорий, сон, отслеживание активности и много других показателей, чтобы помочь нам оставаться здоровыми. В некоторых

случаях такие устройства могут общаться со посторонними программами да обмениваться информацией о хронических заболеваниях пользователя с медицинским работником. Также есть возможность пользования и других умных приборов для более эффективного мониторинга своего здоровья, включая весы, термометры, аппараты для измерение артериального давления да даже щетки для волосы. Умные дозаторы лекарств широко используются для домашнего лечения и ухода за пожилыми людьми. Прибор позволяет контролировать потребление таблеток. Мобильный приложение в пари с разумным устройством своевременно присылает предупреждение членам семьи, чтобы сообщить их, когда нужно принять лекарство. Также предоставляет полезные данные о потреблении лекарства и отправляет сообщения о том, что лекарство заканчивается.

Рисунок 1.5 – Пример фитнес девайса от компании Xioami Умные автомобили.

На сегодняшний день умные автомобили приобретают все большее и большее популярности. Нагруженные умными датчиками, машины становятся все более связанными с окружающей средой и самими собой. Такая ведущая компания как Tesla произвела значительные изменения в сфере машиностроения. Развивая собственный автопилот, компания планирует полностью автоматизировать процесс управление

автомобилем. Однако существуют и посторонние решение как сделать ваш автомобиль

«умным». Одно с таких решений, Cobra Code - дистанционное управление да мониторинг вашего автомобиля, было разработано компанией Eastern Peak.

Мобильное приложение подключается к подключенному устройству, разрешающему контролировать такие функции вашего автомобиля, как открывание/закрытие дверей, показатели двигателя, сигнализация, обнаружение местонахождение да маршрутов автомобиля и т.д. Подключенные или даже самоходные машины уже стали реальностью и сейчас можно заметить как IoT активно распространяются на другие виды наземного транспорта, включая железнодорожный транспорт. Примером такой инициативы есть последний локомотив GE Evolution серии Tier 4, загруженный 250 датчиками измеряют более 150 000 значений данных на минуту.

Развивая IoT в автомобильной сфере можно достичь:

Рисунок 1.6 – Пример интерфейса программы для мониторинга состояния автомобиля от компании Eastern Peak

Сельское хозяйство

Умное земледелие часто игнорируется, когда речь идет о бизнес-критериях. решений IoT. Однако на рынке есть много инновационных продуктов, ориентированных на перспективных фермеров. Некоторые с них используют распределенную сеть умных датчиков для мониторинга различных природных условий, таких как влажность, температура воздуха и качество почвы. Другие используются для автоматизации оросительных систем.

Умные системы полива используют данные о погоде в реальном времени. да прогнозы, чтобы создать оптимальный график полива для вашего двор. Система складывается с разумного контроллера на базе Bluetooth да мобильного приложения, легко установить, настроить и управлять. Хотя продукт поначалу был разработан для использования в домашних условиях, подобные решения можно применять и к больших масштабов.

Развивая IoT в сельскохозяйственной сфере можно достичь:

Рисунок 1.7 - Пример IoT в деревенском хозяйстве

Логистика

Грузовые перевозка, управление флотом да судоходство - еще одна перспективная сфера использование IoT. За помощью умных тегов BLE, прикрепленных к посылок да предметов, что транспортируются, вы можете отслеживать их местонахождение, скорость и условия транспортировки или хранение.

Умные датчики компании, Cold Chain и Место Trackers в сочетании с мощной облачной информационной панелью обеспечивают надежный мониторинг температуры и места в режиме реального времени для их логистики.

Развивая IoT в сфере логистики можно достичь:

Рисунок 1.8 - Пример программы для мониторинга транспортировка товара

Сфера охраны здоровья

Если рассматривать сферу здравоохранения, то в Украине уже можно онлайн зарегистрироваться к врачу, получить результаты анализов на свой телефон, однако существует еще множество проектов, реализация которых значительно облегчит и даже спасет жизнь. многих людей. IoT играет важную роль в оцифровке охраны здоровья, способствуя улучшению работы клиник да результатов пациентов.

Медицинские устройства, которые можно носить на себе, могут кардинально изменить жизнь лиц с хроническими заболеваниями, например сахарным диабетом. Смарт анализаторы сахара в крови, такие как Dexcom G5, могут размещаться на теле и связываться по беспроводной сети со смартфонами, обеспечивая тем самим непрерывный анализ уровня сахара в крови. Приложение может получать уведомления с низким или высоким уровнем сахара в крови о его количестве в данный момент, а также может отправлять или данные на смартфоны других людей (друзей, родственников, опекунов и далее).

Quell – еще один пример технологий, изменяющий жизнь людей с хроническими заболеваниями. Используя электрическую стимуляцию нерва для уменьшения боли, он отслеживает схемы активности и сна для лучшего управление стимуляцией нерва. Также он способен усиливать активную стимуляцию нерва для улучшения сна пациента.

Для пожилых людей данные устройства позволяют обеспечить большую независимость, обеспечив при этом безопасность. UnaliWear Kanega - яркий поэтому пример. Он включает в себя жизненно важные измерение с акселерометром и GPS слежкой. Данный датчик способен отследить и передать сигнал в случае, если летняя человек упал.

Кроме мониторинга да оповещение, что медицинские устройства также имеют потенциал для обеспечение автоматического или дистанционного лечение. OmniPod

Улучшая инфраструктуру IoT можно :

Рисунок 1.9 - Пример использование IoT девайсов в сфере охраны здоровья

Транспортная сфера

Сфера Интернет вещей находит широкое применение в всех направлениях транспортной сферы. В области логистики технология помогает настроить процессы обслуживание за счет треккинг транспортных средств да сообщение водителей о непредвиденные ситуации на дорогах. на вокзалах и в аэропортах она разрешает проложить нужный маршрут, отыскать багаж, сократить процедуру регистрации на рейс. За помощью навигационных систем можно создавать интерактивные карты станций, переходов, тоннелей, а также выполнять круглосуточный мониторинг трафика пассажиров.

Корректировка расписаний и предоставление персонализированных услуг на разных видах транспорта помогают переполненным городам стимулировать использование общественного транспорта вместо личного и снизить нагрузку на дорожную сеть.

Дорожная инфраструктура включает в себя множество составляющих - собственно транспорт, система безопасности, электронные табло, камеры наблюдения и так далее. Технологии, которые связывают все или элементы воедино - сенсоры и датчики (например, GPS), а также беспроводные сети передачи данных: Wi-Fi, Bluetooth, 3G, 4G.

Пример их использования - навигаторы, карты загруженности дорожного движения, табло с расписанием общественного транспорта, которые обновляются в режиме реального времени. Мобильные приложения, что позволяют отследить или данные, хорошо знакомые каждому жителю мегаполиса. Более редкие примеры нововведений - управление температурой и уровнем давления в шинах автомобиля, а также расчет времени к следующего техобслуживание.

Сегодня в некоторых мегаполисах действуют «умные» системы, которые самостоятельно подбирают оптимальные варианты парковки. По словам разработчиков, немалое число пробок на дорогах происходит именно из-за того, что водители не могут найти место для парковка. Принцип работы состоит в следующем - парковки оснащены специальными датчиками, которые передают информацию о свободны места на специальный сервер. Он в свою очередь пересылает эту информацию водителям через мобильный приложение.

С помощью приложений можно также получать рекомендации по уходу за автомобилем. К тому же, существуют сервисы, позволяющие удаленно контролировать автоматические системы: например, оптимизировать расходы топлива, настроить сигнализацию или установить предел скорости автомобиля. Все это снижает вероятность поломок и несчастных случаев.

Также конечно нужно вспомнить о саморегулируемый общественный транспорт. Организация транспортной сети в мегаполисах была б просто невозможна без IoT. Данные, собирающие датчики турникетов, позволяют не только оценить загруженность, но и спрогнозировать почасовой пассажиропоток.

Поезда в метро также передают информацию на единственный сервер, разрешающий улучшить путевые параметры - например, таким образом можно в режиме реального времени скорректировать расписание поездов, снизить интервалы ожидание, а также проинформировать пассажиров о альтернативные маршруты. И все это Возможно с минимальной участием человека - в Лондоне сеть датчиков, что передает информацию в облачный центр, самостоятельно осуществляет мониторинг всей подземной транспортной системы, включая эскалаторы, лифты и подвижный состав. При первых признаках неисправности в системе автоматически срабатывает оповещение, которое указывает на необходимость профилактического ремонта или принятие экстренных мер.

Приведем конкретный пример. Проснувшись от разумного будильника, вы едете на работу. Во время езды, включился индикатор неисправности автомобиля, вы бы не хотели ехать сразу на станцию обслуживания, но что, если это серьезная поломка? Датчик какой передал сигнал неисправности, и зажег лампу аварийной ситуации, соединенный с другими датчиками по всему автомобилю. Контроллер собирает данные с этих датчиков и передает их на шлюз в автомобиле, который отправляет наиболее актуальную информацию на сервер производителя автомобиля. Производитель может использовать данные из автомобиля, чтобы назначить вам время визита на станцию технического обслуживание, предварительно сразу заказав запасную деталь.

Рисунок 1.10 – Пример использования IoT в транспортной Умные города

Современное город, наверное, одно с наиболее противоречивых и в тот же время привлекательных образований, созданных человеком. По прогнозам, к 2050 году городское население будет составлять 60-70% всего количества жителей планеты. Безусловно, такая нагрузка на городскую инфраструктуру уже сегодня требует разработки и внедрение решений, способных ее уменьшить и вывести отдельные сферы на новый уровень. Транспорт, коммунальные услуги и безопасность являются основными направлениями, в которых уже успешно применяются возможности беспроводных цифровых технологий. Невидимые нити беспроводной связи опутывают сегодня город, объединяя его жителей с огромной количеством всевозможных IoT-устройств.

IoT имеет все необходимое для улучшения качества городской жизни и опыта жителей городов. Все чаще умные города во всем мире используют IoT для решение проблем, связанных с дорожным движением да транспортом, энергетикой да переработкой отходов тому подобное.

Такие платформы, как Digi Remote Manager, помогают умным городам стать более энергоэффективными. Решение также разрешает им контролировать камеры наблюдения, покрытие Wi-Fi, электронные билборды и другие критически важные устройства, такие как датчики состояния окружающей среды и зарядные станции.

Сегодня в мире успешно работают десятки решений для «умных» мост.

«Умный» фонарь. Оно с первых «умных» LED-решений, давно и крепко вошло в повседневная жизнь многих мост мира, какое будет востребовано и в будущем. Подключен к сети «умный» фонарь умеет нет только экономить электроэнергию, а и обеспечивать безопасность. Способный реагировать на скопление людей и машин, уменьшая или увеличивая степень освещенности. Также из-за своей высоты используется в качестве хаба для других IoT-устройств (камеры наблюдения, датчики и т.д.), задействованных в общегородской системе сбора данных и управления.

Есть частью технологии Gunshot по обнаружению и анализа выстрелов с огнестрельной оружия. Устанавливается для скрытой работы на крышах домов или в «умных» фонарях. Позволяет осуществлять определение стрельбы в пределах 3-4 метров. Программа, какая обрабатывает или данные определяет как количество выстрелов, да и стрелков. Это помогает органам правопорядка принимать правильные решения. Информационный киоск. Сенсорные цифровые киоски приобрели незаурядный популярности во многих городах, причем как у их гостей, так и у местных жителей. по сущности, это такой себе уличный планшет, что разрешает Найти нужную информацию о город: карту, транспортные маршруты, выдающиеся достопримечательности, развлечения и и т.д. Он также показывает местонахождение пользователя и способен синхронизироваться со

смартфоном для предоставление дополнительных данных.

«Умные урны» Bigbelly. Это мусорный контейнер со встроенным датчиком, работающий от солнечной батареи. С помощью беспроводной связи предупреждает муниципальные службы по его заполнению мусором и необходимости опорожнения. Обладает больше емкостью в сравнить со стандартными баками, что разрешает уменьшить их количество и улучшить эстетический вид города.

Рисунок 1.11 - Пример использования IoT в «умному городе»

На сегодняшний день в Украине большое количество старых будников, у которых есть невозможен процесс автоматического сбора информации из разных счетчиков. Процесс подачи показателей занимает много времени и это время будет только увеличиваться при увеличении количества счетчиков. Если проанализировать их количество в украинских помещениях, то можно понять, что при автоматизированном сборе информации Возможно значительно более рационально использовать время. Язык идет о старый счетчики на воду, газ, электричество и тд. Эта проблема есть достаточно актуальной поскольку люди с каждым днем стараются все более эффективно использовать свой время, поскольку время это самый ценный ресурс. Поэтому в данной работе будет представлен один с вариантов решение данной проблемы.

Проблему можно решить заменив счетчик на более современный, который сможет передавать данные по сети. Но это довольно дорогостоящий процесс и нуждающийся большого количества бюрократической работу.

Умные счетчики автоматически снимают показания и передают их в информационные системы для расчетов, а это значит, что экономится ваше время. Но не только. Умные счетчики хранят деньги. Они делают процесс начислений платы за коммунальные услуги более прозрачными и возводят к минимума потери ресурсов Сегодня инновационный развитие города невозможно представить без достоверного учета показаний воды - а для этого нужны «умные счетчики».

Автоматическая отправка показаний счетчиков исключает ошибки или намеренно ложную информацию о потребленные ресурсы - за счет этого происходит существенная экономия. С «умными счетчиками» платить нужно только за то количество воды, которое вы действительно потратили, даже если вы забыли вовремя передать показания.

Специальный сервис позволяет автоматически передавать показания приборов. учета водоснабжения в городские информационные системы, где они обрабатываются и принимаются к расчета для формирования платежного документа.

Установка автоматического прибора учета помогает решить целый ряд задач:

Для установка счетчика, какой в автоматическом режиме может передавать данные, нужно обратиться в специальные органы, имеющие право подключить ваш счетчик к определенных информационных систем города. Но при Установленные обычно нужно заменять старый счетчик на более новую модель. Этот процесс может занять достаточно большое время и стоить достаточно дорого. Большая количество людей нет готовы к замены. Поэтому нами было принято решение проанализировать и построить на практике систему, какая сможет собирать информацию с счетчика, передавать через сеть Интернет без замены счетчика.

В этой главе была рассмотрена история развития сферы Интернета вещей (Internet of Things). Зарождение этой сферы можно считать между 2008 и 2009 годами

Было продемонстрировано определенную количество примеров, в которых сферах жизнь человека применяется Internet of Things. на сегодняшний день количество подключенных к Интернету устройств увеличивается и увеличивается. Трудно найти, где б нет использовали «умные» устройства. Наиболее популярные сферы для применение IoT – это медицина, городская инфраструктура, сельское хозяйство и многое другое.

В современном мире есть еще много вещей, процессов, которые можно оптимизировать используя ИоТ. В этом разделе была описана проблема, стоящая перед большее количество людей. Эффективное использование ресурсов достаточно острым вопросом в нашему жизни. Существует множество рутинных задач, на которые нужно постоянно тратить самый ценный ресурс – время. Сбор показателей счетчика является одним с таких рутинных задач.

Поэтому в следующих разделах будет показано, каким способом можно решить это задачу.

Ключевые понятия, необходимые для понимания построения проекта в любой сфере за помощью IoT приведены ниже:

Рассмотрим один с устройства IoT – сенсорный датчик. Процесс IoT начинается с сенсорных устройств. Сенсорные устройства нет есть ничем новым: они уже давно используются организациями. Первые датчики были изобретены в 1800-х годах. Однако роль сенсоров чрезвычайно выросла с ростом Интернета вещей.

Сенсор - это устройство, какой обнаруживает и реагирует на определенный тип входного сигнала по физической среде. На вход может поступать свет, тепло, движение, влага, давление. или любое с большой количества других явлений окружающего среды. на выходе, как правило, получаем сигнал, какой превращается на удобный для чтение на дисплеи устройства или передается в электронном виде через сеть для считывания или последующей обработки. В случае с Интернетом вещей сенсорными устройствами есть наземные аппаратные средства, что используются для сбора данных с их окружение.

На сегодняшний день существует большое количество различных IoT-сенсоров, имеющих разный функционал. Приведем несколько примеров наиболее часто используемых типов датчиков IoT и случаев их использование.

Датчики температуры.

Датчики температуры играют немаловажную роль во многих программах IoT. Например, поддержка правильной температуры есть решающим для многих производственных процессов Дистанционное наблюдение за температурой с помощью датчиков IoT позволяет предусмотреть технические проблемы и своевременно восстановить процесс производства. Примером использование датчиков температуры есть мониторинг холодных цепей в пищевой да фармацевтической индустрии.

Датчики уровня.

Например, при работе с отходами датчики уровня позволяют забирать мусор с контейнеров только при их заполнены. Другим вариантом использование датчиков уровня является измерение уровня баков (например, топлива) в инвентаризации жидких активов.

Датчики влажности.

Измерение влажности есть важным для многих производственных процессов, включая фармацевтическое производство да изготовление бумагу. Датчики влажности также могут быть использованы для мониторинга теплиц.

GPS-трекеры.

GPS-трекеры используются для отслеживания географического положения. объекта. Например, их можно использовать в транспортных средствах или транспортные контейнеры.

Есть несколько факторов, которые ограничивают использование датчиков IoT. Основными есть

Трудно найти сенсорное устройство, которое является и маленьким, и дешевым, кроме того, что он имеет длительное время автономную работу. Многие сенсорные устройства сегодня все еще достаточно громоздки: например, GPS-устройства для отслеживания могут иметь размер смартфона Размер также соотносится с временем автономной работы: чем больше батарея, тем более сенсорный устройство.

Теперь, когда у нас есть сенсорные устройства, пора отправить собранные данные дальше. В программах IoT датчики подключены к сети (WiFi, LPWAN, сотовый. связь тому подобное), через какую передаются собраны данные. Пунктом назначение обычно есть облачный сервис, где обрабатываются данные.

Выбор метода подключения устройства IoT к сети является очень важным. Подключение может быть осуществлено за помощью проводной или беспроводной сети. Однако проводная сеть непригодна для большинства проектов IoT, поскольку длина провода ограничена и не всегда удобно его прокладывать. Поэтому обычно используют подключение по беспроводной сети

Для IoT существует множество вариантов подключение, таких как сотовый, спутниковый, Wi-Fi, маломощные широкополосные сети (LPWAN) и Bluetooth. Выбирая вариант подключение, след учитывать много факторов: диапазон (максимальная расстояние, на какую можно присылать данные), пропускная способность (сколько данных можно отправить), потребление энергии (сколько времени будет держать аккумулятор), расходы, надежность да доступность.

Оптимальным вариантом подключение будет большой диапазон, высокая пропускная способность, низкие издержки и низкое потребление энергии. К сожалению, такой технологии подключения пока не существует. Например, увеличение диапазона имеет виде к увеличение энергопотребление, а увеличение пропускной способности обычно увеличивает расходы (или уменьшает диапазон).

Маломощные широкополосные сети (LPWAN)

Маломощные широкополосные сети (LPWAN), такие как LoRa и Sigfox, являются относительно новыми: только некоторые страны имеют общегосударственный LPWAN. За словам Мак-Кинси, 20% населения мира было охвачено сетями LPWA в 2017 году. Кроме того, Мак-Кинзи ожидает, что 100% населения будет иметь покрытие LPWAN. к 2022 года.

Как следует с названия, LPWAN имеют две важные характеристики:

Рисунок 2.1 – Варианты подключения IoT к существующим сетям (источник Postscapes Harbor Research, 2016)

Технология LPWAN основана на идее передавать небольшие объемы данных с паузами (например, несколько раз на день), что делает возможным низкое потребление энергии.

Одним из вариантов использования LPWAN является разумный сбор отходов, где мусорные баки оснащены датчиками уровня и опорожняются только при необходимости. В такому случае достаточно время от времени присылать небольшую количество данных в облако. Вместо того чтобы иметь систему мониторинга в режиме реального времени, важнее иметь аккумуляторы, служащие долго (например, несколько лет).

Сотовый связь - наиболее привычный вариант. Это вид связи используется мобильным по телефону для отправка да получение данных. Мобильная связь имеет много преимуществ. Это надежный вариант, который обеспечивает связь на большие расстояния, кроме высокой пропускной способности, сотовая связь также имеет хорошую доступность (в отличие от LPWAN на данный момент).

Недостатком есть то, что сотовый связь имеет относительно большое энергопотребление. Однако существуют новые сотовые сети, которые имеют на цели решить эту проблему. Одним с их есть узкополосный IoT (NB-IoT), какой естьтехнологией LPWAN, что использует существующую инфраструктуру сотовой сети.

Мобильная связь не является оптимальной для многих случаев . использование IoT через его высокое потребление энергии, однако его можно использовать для отслеживания дорогостоящих активов (транспортных средств, транспортных контейнеров и т.п.), путешествующих, например, на большие расстояния. Спутниковый связь имеет высокую пропускную способность да большой диапазон,

но он также обладает очень высоким энергопотреблением. Преимущество спутниковой связи состоит в поэтому, что он работает в любой точке Земли. Таким образом, спутниковая связь – это, пожалуй, единственный вариант, если вам нужно получить информацию о транспортные контейнеры, когда они путешествуют посреди океана.

Таблица 2.1 – Сравнительная характеристика разных технологий подключение

Bluetooth и WiFi являются хорошими вариантами для связи на коротком расстоянии. Они имеют большую пропускную способность, нож LPWAN, и ниже потребление энергии, чем спутниковые и сотовые.

на приложение к традиционного Bluetooth, существует также новая версия, какая называется Bluetooth с низким энергопотреблением (BLE). Технология, что используется в BLE, обеспечивает еще ниже потребление энергии: ей нужна только часть энергии, какая нужна традиционному Bluetooth.

Протокол – набор правил, определяющих способы управления соединениями на физическом и логическом уровнях Для выполнения своих функций одни протоколы часто используют другие протоколы.

Протоколы сетевой взаимодействия TCP / IP есть результатом эволюционного развития протоколов глобальной вычислительной сети ARPANET

Работы по созданию сети ARPANET были начаты рядом университетов США и фирмой BBN в 1968 р В 1971 р сеть была введена в регулярную эксплуатацию и обеспечивала для всех своих узлов три основные услуги:

Все это базировалось на транспортных услугах что предоставляются программой управление сети NCP (Network Control Program), реализующее свой внутренний набор протоколов.

Накопленный до 1974 г. опыт эксплуатации сети ARPANET обнаружил много недостатков протоколов NCP и позволил определить основные требования к новому набору протоколов, какой получил название TCP/IP:

Широко используемая ныне версия 4 протоколов TCP / IP была стандартизирована в 1981г. в виде документов, которые называются RFC (Request For Comment). Полный переход сети ARPANET на новые протоколы был завершен в 1982г. Эта сеть сыграла роль "зародыша" всемирной сети Internet, построенной на базе протоколов TCP/IP.

В 1984 г. международная организациями по стандартизации ISO предложила модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection), что есть удобным средством описания стеков протоколов

Среди основных сетевых моделей существуют две: модель OSI и модель TCP/ IP. Иногда можно встретить их как теоретическую и практическую модели.

Они есть многоуровневыми, что значит четкое разбиение на отдельные уровни. Как сказано выше, каждому уровню четко приписаны функции, которые в пределах одной модели не повторяются. Таким образом модель OSI разбита на 7 уровней, а модель TCP/IP на 4 уровни.

Модели так изображены не зря. Во-первых, уровни модели OSI довольно часто упоминают по номерам (они пронумерованы снизу вверх), в то время как уровни модели TCP/IP называют по именам. А второе – это то, что модель TCP/IP можно описать терминами OSI. Как показано, обе модели имеют идентичны уровни Transport и Интернет (Network), на какие положено соответственно одинаковые задачи.

Но, например, модель TCP / IP нет различает границы между физическим представлением сигналов, битов на проводах (или в другой среде передачи данных) и способом доступа к тех самих проводах. Объединение канального и физического уровней модели OSI в единый сетевой уровень TCP/IP было обусловлено требованием независимости от используемой среды передачи данных. Дело в том, что функции протоколов канального и физического уровней реализуются в настоящее время, как правило, единственными техническими средствами (сетевыми контроллерами).

OSI подробно описывает процесс общение двух приложений, а также взаимосвязь между соседними уровнями Чтобы понять, что же это означает, рассмотрим ближе каждый уровень. Уровни можно рассматривать с точки зрения отправка данных или получение данных. Проще говоря сверху вниз или снизу вверх соответственно. Модель спроектирована да, что если рассматривать отправку сообщение любым приложением, то оно проходит по уровням с самого верха и до самого низа. Для приема сообщение все с точностью напротив.

Физический уровень (Physical layer). Данные представляются в виде электрических импульсов, пучков света, электромагнитных волн, кодирующих биты. Задача заключается в создании физического канала для отправки битов.

Канальный уровень (Data Link layer). Обеспечивает передачу данных через физический канал.

Сетевой уровень (Network layer). Обеспечивает передачу данных между разными сетями с помощью процесса, какой называется маршрутизация.

Транспортный уровень (транспорт layer). Обеспечивает доставку данных конкретной программе на рабочей станции или сервере. На этом уровне появляется адресация – порты. Так, например, если приходит сообщение на 80-й порт, то оно передается процесса веб-сервера, который слушает этот порт.

Сеансовый уровень (Session Layer). Создает и управляет диалогами и сессиями между приложениями. Приложение должно различать разные потоки данных в пределах одного соединения. Например, приложение может одновременно запрашивать два файла с одного сервера, при этом приложение будет различать потоки.

Уровень представительский (Presentation layer). Здесь данные кодируемые, сжимаются или шифруются. Например, отправляя сообщение, его нужно предварительно сжать для уменьшения трафика, так это задача именно этого уровня.

Прикладной уровень (Application layer). Обеспечивает процесс взаимодействия пользователя и сети

Интернет или просто сеть – это всемирная система объединенных компьютерных сетей, служащих для хранения и передачи данных. Она построена на базе стека протоколов TCP/IP. Функция сети сводится к передаче пакетов данных, не больше того. Этот факт знают далеко нет все, для большей части население сеть известная тем, что на ней работает всемирная паутина WWW, много кто думает, что WWW и интернет тождественны. Но есть еще и масса других систем передачи данных, в том числе обмен файлами, телефония, многое другое. Интернет вполне разумно использовать для организации обмена данными между вещами. Со стороны сети никаких ограничений нет. Почему же мы говорим о сети вещей, как о чем-то отдельном и особенное?

Протоколы IoT являются важнейшей частью стека технологий IoT – без них аппаратное обеспечение было бы бесполезным. Поскольку протоколы IoT позволяют ему обмениваться данным структурированным да удобным способом. С переданных фрагментов данных может быть изъята полезная информация для конечного пользователя, и благодаря этому вся система становится экономически выгодной, особенно с точки зрения управление устройствами IoT.

говоря о Интернет вещей, мы всегда думаем о общение. Взаимодействие между датчиками, устройствами, шлюзами, серверами и пользовательскими программами является основной характеристикой, которая делает Интернет вещей таким, каким он является. Все то, что позволяет всем этим разумным вещам взаимодействовать, – это протоколы IoT, которые можно рассматривать как языки, которые используются в IoT для общение.

Хотя существующая Интернет-инфраструктура свободно доступна и пригодна. для использования на любом устройстве IoT, она часто оказывается слишком тяжелой да энергоемкой для большинстве случаев использование IoT.

В связи с быстрым развитием Интернета вещей да исключительными особенностями данной сети (например, устройства с низким энергопотреблением, низкие скорости передачи и т.д.) возникла необходимость в создании протоколов, которые будут удовлетворять этим требованиям.

Так заменой в сети IoT всем известного протокола HTTP является протокол CoAP (Constrained Application Protocol), предназначенный для использования устройствами с низкой скоростью, высокими потерями, многоадресной рассылкой в сети. В 1999 году был представлен протокол MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), но широко распространенным стал только после 2010 года. MQTT специализируется на низкоскоростных средах с высокой задержкой, поэтому хорошо подходит для обмена данными между машинами (M2M). В 2002 году была сформирована рабочая группа XMPP, для разработки протокола на основе Jabber для мгновенного обмена сообщениями. Рабочая группа сформировала четыре спецификации, которые были оформлены в качества стандартов в 2004 году.

Кроме того, часто разработчики используют собственные проприетарные протоколы, однако использование стандартных протоколов на IoT-платформах значительно ускоряют внедрение и разработку новых систем и приложений Интернета вещей.

В общем случае протоколы делят на группы в зависимости от участка сети, где они используются. Да в рамках концепции Интернета вещей существуют такие участки: сенсорный узел - сенсорный узел (самый распространенный протокол DDS), сенсорный узел - сервер (CoAP, MQTT, AMQP).

Data Distribution Service (DDS), Служба распределения данных (DDS) - это протокол IoT для масштабируемого связи в режиме реального времени M2M. Протокол был построен и внедрен в течение десятилетий. Этот протокол использует технологии многоадресной передачи данных и механизмы контроля качества QoS в устройствах малой памяти Рассмотрим данный протокол более подробно на примере.

Отрезок сети между сенсорными узлами показан на рисунке ниже. на данной участке выполняется ряд задач, например распределение информации между сенсорными узлами для временного хранение или перенаправление. Для обеспечение связи между сенсорными узлами, датчиками используется протокол DDS (Data Distribution Service).

Рисунок 2.3 – Протокол DDS на отрезке между сенсорными узлами Протокол DDS распределяет данные между устройствами. Протокол DDS реализует

многоадресную систему, используя UDP. Данный протокол ориентирован на шаблон "издатель-подписчик", при этом передача сообщений осуществляется по шине с использованием метода "запрос-ответ". Операции, выполняемые протоколом, задаются тринадцатью классами (Entity Class, WaitSet Class, Condition Class, Publisher Class, DataWriter Class, Subscriber Class, DataReader Class, ReadCondition Class, QueryCondition Class и другими). Протокол DDS реализует две операции - чтение и записи, используя соответствующие классы.

Операция чтения (Read) производится на всех доступных устройствах. Данные нет будут удалены из локального кэша DDS в результате этой операции и могут быть прочтены снова при указания специальных параметров Получение данных осуществляется тремя следующими способами.

Опрос (Polling) - приложение (обычно периодически) спрашивает DDS для получение новых данных или определенной информации о смену состояния. Интервал опрос зависит от программы и от типа данных.

Списки ожидания (WaitSets) – приложение регистрирует в DDS списки ожидания и ждет, пока одна из переданных событий не произойдет.

Слушатели (Listeners) – приложение регистрирует в DDS (в классах, где события описаны) специальные классы-слушатели, которые будут проинформированы при наступления этих событий.

В общем случае DDS применяется в автоматизированных системах управление движением, а также в энергетике, военной и финансовой сфере.

Созданный рабочей группой IETF Constrained RESTfull Environments и запущен в 2013 году, протокол ограниченных приложений (CoAP) (Constrained Application Protocol) был разработан для решения задачи взаимодействия устройств с ограниченными ресурсами Практически все конечные устройства Интернета вещей можно отнести к этому определению. Концепция CoAP ориентирована на взаимодействие точка- точка (клиент-сервер). Клиент обращается к сервера и посылает ему простые команды типа PUT, POST, GET, DELETE, содержание которых понятен с названия и аналогичен HTTP. С этой точки зрения можно сказать, что CoAP – это упрощенный HTTP у которого тратится мало ресурсов. В результате стоит отметить легкую и простую интеграцию CoAP с HTTP. Обычный пользователь через браузер может интегрировать систему управления устройствами интернета вещей в обычный web- приложение.

Разработан для удовлетворения потребностей систем IoT на основе HTTP, CoAP использует протокол UDP (User Datagram Protocol) для установка безопасной связи между конечными точками Разрешая широковещательную трансляцию да многоадресную передачу, UDP может передавать данные на несколько хостов, сохраняя необходимую скорость связи и низкую пропускную способность, что делает его удобным для беспроводных сетей.

Рисунок 2.4 - Схема реализации работы CoAP

MQTT (Message Queue Telemetry Transport ) - это облегченный протокол передачи данных IoT, который был разработан в IBM в 1999 году. Он имеет модель обмена сообщениями издатель-подписчик да обеспечивает простой обмен данным между разными устройствами.

Основным преимуществом MQTT является его архитектура. MQTT или Message Queue Telemetry Transport – это легкий, компактный и открытый протокол обмена данными созданный для передачи данных на удаленных локациях, где нужно небольшой размер кода и есть ограничение по пропускной способности канала. Вышеперечисленные качества позволяют применять его в системах M2M (Машинно-Машинное взаимодействие) и IIoT (Промышленный Интернет вещей).

В основе MQTT лежит простая идея переноса ресурсозатратной части системы на один элемент, у которого эти ресурсы имеются. При этом все остальные участники системы почти полностью уволены от работы, что разрешает им экономить ресурсы

Рисунок 2.5 - Схема реализации работы MQTT

Реализовано это следующим образом: устройства, которые хотят передать сообщения (под названием издатели в терминах MQTT), отправляют его серверу (брокеру), устройства которые хотят получить сообщение (подписчики), также

подключаются к брокеру и получают уведомление от него. Всю обработку уведомлений берет на себя MQTT-брокер. Данный подход показал себя очень хорошо и эффективно в таких задачах, как, например, сбор данных, телеметрия и управление простыми устройствами.

Также существует версия протокола MQTT-SN (MQTT for Sensor Networks), ранее известная как MQTT-S, предназначенная для встроенных беспроводных устройств без поддержки TCP / IP сетей, например, Zigbee.

Основные особенности протокола MQTT:

Рисунок 2.6 - Иллюстрация уровней работы протокола

AMQP (Advanced Message Queuing Protocol) обеспечивает взаимодействие между клиентами да брокерами (промежуточным ПО для обмена сообщениями). Он созданный для того, чтобы путем стандартизации сообщений предоставить возможность широком круга разных приложений и систем работать вместе независимо от их внутренней структуры

AMQP можно использовать в любой ситуации, когда существует потребность в высококачественный и безопасной доставке сообщений между приложениями и процессами. AMQP обеспечивает:

Модель AMQP, какая предоставляет способы приема, маршрутизации, хранение сообщений, добавление сообщений в очередь и их обработки, основана на четко определенных компонентах:

На рисунке ниже представлена уровневая архитектура IoT решений. Топология IoT отличается от обычной уровневой модели, такой как OSI. Это не линейный и более сложный граф потоков. Некоторые компоненты есть необязательными и могут быть

отсутствующими в конкретном классе решений. Может быть два варианты - M2M (от машины к машины) и M2P (от машины к человека).

IoT решение имеет два физических расположение - первый это конечные (периферийные) устройства, а второе - в центре обработки данных Backend на серверах или в облака. В тот же время, это нет классическая архитектура клиент-серверное приложение.

Рисунок 2.7 – Архитектурный подход к построению систем и сетей ИоТ Physical Layer - физический уровень

Этот уровень представляет два типы операций - сбор информации (датчики) и осуществление механической работы (исполнительные механизмы)

Датчики можно разделить на следующие категории:

Требования к физического уровня:

Этот уровень обычно подключается к одного датчику или исполнительного механизма. Он обеспечивает минимальную функциональность для превращение аналоговой информации в цифровую и/или напротив. Для подключение датчиков существуют те же требования по цене и потребляемой мощности. Многие производители, что выпускают эти типы устройств, не имеющих единого стандарта для модели данных, конфигурации и эксплуатации, что создает отдельные проблемы интеграции.

Основная функциональность периферийного уровня - локальная ETL (Extract, Transformation and Load) - получение, преобразование и хранение информации из датчиков. Этот уровень ответственен не только за сбор информации с датчика, но и также и за приведение ее к стандартного виду, фильтрацию препятствий, предварительный анализ и локальное хранение.

Основные требования к периферийного уровня вычисление:

Передача данных есть наиболее энергоемкой частью периферийного устройства, поэтому что большинство периферийных устройств нет подключены к электросети и ведущим средством связи. Кроме того, периферические устройства могут быть расположены достаточно далеко от Шлюза (в пределах нескольких километров). С другого стороны, количество переданной информации обычно достаточно мало.

Следующий протоколы используются на уровни периферийной коммуникации: WiFi, BLE, LTE, Ethernet.

Для увеличение расстояния и надежности связи Ad Hoc и Mesh широко используются сегодня на этом уровни.

Для конфигурационных целей также может использоваться протокол NFC. В процессе первой установки или технического обслуживания сервисный инженер мобильным приложением может подключаться к периферийным устройствам через уровень периферической коммуникации. Иногда Q-код, напечатанный на периферийном устройстве, также используется для аутентификации.

Gateway Layer - уровень шлюза

В IoT-решения существует несколько причин наличии уровня шлюза:

Шлюз должен обеспечивать такой основной функционал:

Wide Network Layer - уровень внешнего связи

Этот шар разделяет периферийную и BackEnd части общего решение. Шлюз в основном подключен к BackEnd с использованием мобильного беспроводной связи, такой как 4G, но иногда используется беспроводной доступ в Интернет. Логический уровень внешней связи имеет стандартизированный протокол для решений IoT, который называется LvM2M. Протокол LvM2M был разработан для доступа к каждому периферийному устройству, но поскольку многие поставщики периферийных устройств не поддерживают интерфейсы LvM2M, шлюзовое устройство может решить эту проблему и создать обертку для связи с периферийными устройствами.

Security Layer - уровень безопасности

Этот уровень обеспечивает функции AAA (authentication, Authorization and Accounting - аутентификация, авторизация и учет) и шифрование/дешифрование вместе с другими услугами, связанными с Интернетом. Все Cloud имеют свои собственные реализации безопасности, но функционально они все построены на принципе ролей и разрешений.

Middleware Layer - уровень внутри серверной связи

Этот шар обеспечивает балансировка нагрузка, очередей сообщений и передачи поточной информации. Компоненты этого слоя должны быть дублированы и автоматически масштабироваться. Уровень реализуется в основном на основе микросервисов или PaaS от Cloud провайдеров в. Автоматическое масштабирование снижает стоимость Backend реализации. Фактический реализация сервиса может быть разной, но общий принцип остается одним - обеспечить асинхронную передачу сообщений с буферизацией и перераспределением погрузки. Таким образом разные компоненты Backend могут выполнять свою работу независимо и горизонтально масштабироваться в зависимости от погрузки.

ETL layer - уровень сбора, обработки да хранение данных

Внутренний уровень ETL (сбор, обработка и хранение) является третьей операцией ETL. Первый был в периферийном устройстве, второй – в шлюзе. Back End ETL накапливает данные с всех периферийных устройств и шлюзов и отвечает за такие операции:

Зависит от конкретного приложения IoT. Большие данные и аналитический уровень будут получать ситуативную информацию по всему набору периферийных устройств. Эта часть менее стандартизирована, потому что она сильно отличается от одной программы к другой в силу разных задач. Алгоритмы AI/ML также широко используются в этом шаре.

Отдельной категорией является предсказание будущих событий, таких как необходимые части на складе, потребление будущих ресурсов, погода и др.

Notification layer - уровень сообщение

на этом уровни может существовать несколько компонент, но все они имеют алгоритм сообщение за подпиской. Клиентская программу подписывается на необходимы события и, когда событие происходит, поступает информационный сигнал - сообщения. В основном это приложения электронной почты и мобильные клиенты, реже телефонные звонки (используются для экстренного оповещения).

Presentation Layer - уровень представление

Приложение IoT может иметь два потока: M2M (от машины к машине) и M2P (от машины к человеку). Уровень представления, связанный с потоком M2M, где Back End обрабатывает информацию и предоставляет ее клиенту или инженеру поддержки. Сегодня нет существует стандартизированного UI/UX представление для этого уровня.

Уровень представления также отвечает за обслуживание, конфигурацию и изменения состояния системы включая периферические устройства да шлюзы.

Configuration Layer - уровень конфигураций

Этот уровень относится к обоих потоков - M2M и M2P и работает как хранилище для трех типов статусов периферийных устройств:

Актуальный состояние периферийного устройства

Новый состояние периферийного устройства, какой будет загружен.

Промежуточный статус периферийного устройства - указывает на процесс обновление от старых состояний к новых. Часто этот статус отсутствует.

В этом разделе было рассмотрено интерфейсы компонентов ИоТ, описано основные термины в данной сфере, протоколы взаимодействия узлов ИоТ и какие архитектурные подходы можно использовать в построении собственной системы.

Выбор метода подключения устройства IoT к сети является очень важным. Подключение может быть осуществлено за помощью проводной или беспроводной сети. Однако проводная сеть непригодна для большинства проектов IoT, поскольку длина провода ограничена и не всегда удобно его прокладывать. Поэтому обычно используют подключение по беспроводной сети. К беспроводным сетям технологий можно отнести WiFi, LPWAN, сотовую связь, а к ведущим технологий отнесем Ethernet.

Были приведены примеры разных протоколов взаимодействия узлов ИоТ. Это такие, как DDS CoAP, MQTT, AMQP. Эти протоколы созданы для того, чтобы обеспечить как можно меньшее потребление энергии. Поскольку основная задача перед разными датчиками есть долгосрочная, бесперебойная работа без вмешательство человека. Такой протоколы значительно увеличивают срок жизни разных датчиков от одного заряда батареи.

Также было по уровням описано, как можно реализовать собственную систему ИоТ и какие методы можно использовать. Чем труднее задача для решения тем больше времени нужно уделить самой Архитектура системы.

Как отмечалось в предыдущих пунктах, на сегодняшний день существует большое количество домов, разных помещений, где используются еще старые аналоговые счетчики. И поскольку нужно постоянно передавать подходящим органом показатели по счетчикам, этот процесс занимает достаточно много времени и создает определенные неудобства людям. Также можно заметить, что при увеличены количества счетчиков эта проблема становится все более более серьезной.

Одна с актуальных проблем водоканалов и управляющих компаний - учет ресурсов Много поставщиков до сих пор ведут учет воды вручную: показания счетчиков сообщают сами абоненты или фиксирующие контроллеры. Такой метод неудобный и уходит в прошлое.

В настоящее время по-прежнему используют ручной учет воды: сотрудники колл-центров принимают показания абонентов и вносят их в базу данных. Дополнительно контролеры периодически обходят жильцов и лично проверяют показания приборов учета.

Так система устарело и доставляет поставщикам услуг ряд неудобств:

Как оптимизировать учет данных?

Передачу показаний можно значительно упростить и ускорить. Для этого поставщики и управляющие компании могут использовать полуавтоматизированного или автоматизированную систему учета данных.

Полуавтоматизированный учет

Поставщик ресурсов получает гарантированный доступ к приборам учета: показания выводятся на внешний стороне квартирные или используются общедомовые счетчики.

Это упрощает работу контролеров: они смогут снимать показания в любое время. какое время. Контроллерам не придется уговаривать жителей впустить их, оставлять записки с просьбой снять, отправить данные, сфотографировать водомер и повторно обходить абонентов, которых они не застали дома.

При такой системе поставщик или управляющая компания гарантированно получают точные свидетельство в установлен термин. Однако при этом им придется держать в штате контролеров.

Автоматизированный учет

Устройства самостоятельно считывают данные и отправляют их в программное обеспечение поставщика по беспроводных систем считывание показаний.

Так система дает поставщикам дополнительные преимущества:

Исходя из этого, оптимизировать учет воды можно несколькими способами. Выбор наиболее выгодного зависит от целей и финансовых возможностей поставщика ресурсов или его абонентов. Упростить учет воды позволяют следующие устройства:

Счетчики с выносным дисплеем – тип счетчика, к которым присоединяется с помощью провода электронный дисплей. Провод позволяет установить дисплей в подъезде дома: это предоставляет контроллеру компании свободный доступ к показателей

Умные счетчики – это устройства со встроенными интерфейсами для передачи информации (проводящими и беспроводными), которые автоматически считывают показания и отправляют их компании-поставщику.

Например радиомодули для счетчиков. Это устройства, что крепятся на счетчик и передают данные с помощью радиоволн. Радиомодули преобразуют обычные счетчики в разумные, при этом стоят в разы дешевле. На нашем рынке есть лишь небольшое количество компаний, разрабатывающих автоматические системы сбора информации с счетчиков. Но на нашу мнение эта сфера может быстро развиваться и стать достаточно привлекательной для инвесторов, поскольку в большинстве домов установлены старые модели счетчиков – аналоговые устройства, которые не способны считывать и передавать данные. Чтобы заменить их на новые умные счетчики, необходимо:

Оптимизировать учет воды можно и без замены парке счетчиков - за помощью устройства, какой крепится сверху на счетчик и по определенном среде распространения передает информацию. Эти устройства наделяют старые модели счетчиков свойствами разумных счетчиков.

Нами было принято решение проанализировать и подувать на практике систему, которая сможет собирать информацию со счетчика, передавать через сеть Интернет без замены счетчика. Дальше в работе будет описано недорогой метод реализации автоматического сбора информации с аналоговых счетчиков без замены его на новую модель.

На сегодняшний день в Украине большое количество старых будников, у которых есть невозможен процесс автоматического сбора информации из разных счетчиков. Процесс подачи показателей занимает много времени и это время будет только увеличиваться при увеличении количества счетчиков. Если проанализировать их количество в украинских помещениях, то можно понять, что при автоматизированном сборе информации Возможно значительно более рационально использовать время. Язык идет о старый счетчики на воду, газ, электричество и тд. Эта проблема есть достаточно актуальной поскольку люди с каждым днем стараются все более эффективно использовать свое время, поскольку время это самый ценный ресурс.

Актуальность проблемы рассмотрим на примере города Киев. Жилой фонд города состоит из 10,5 тыс. жилых домов. В системе удержания жилого фонда города Киева на сегодня сохраняется монополия жилищно- эксплуатационных организаций коммунальной собственности

Эксплуатацию и содержание жилого фонда осуществляют:

Централизованный водопровод действует с 1872 года. 1070 км из 4117 км (или 26%) водопроводных сетей столицы являются исчерпавшими свой срок эксплуатации, полностью амортизированы, в том числе из которых 873 км (или 21%) находятся в аварийном состоянии и нуждаются срочной замены.

Можем считать что начиная с 1872 начали ставить аналоговые счетчики на воду. По тем временам никто не задумывался о создании возможности легкой замены старых счетчиков на более новые модели с лучшим функционалом. Сегодня имеем даже по грубым подсчетам достаточно большое количество помещений, которые используют старые аналоговые счетчики. Это больше 8 тыс. домов.

Многие жители хотели бы изменить свой счетчик на новую цифровую модель. Поскольку исчезла бы потребность в постоянный передачи показателей к соответствующих органов. Это дало бы возможность как и для владельцев, жителей домов. так и для компаний поставщиков удобно и своевременно получать значение о использовании ресурсы.

Но процесс замены счетчика на цифровой обычно достаточно сложен. По- первое он требует большое количество времени для оформления всех документальных требований. Чтобы получить разрешение на установку цифрового счетчика и демонтаж старого нужно обращаться в специальные компании, получившие сертификацию от страны. В большинстве случаев вам не удастся сразу получить обратную связь от них, нужно записаться в очередь и надеяться на скорый их ответ. Во-вторых полная замена счетчика стоит достаточно нет малых денег, поскольку нужно вмешиваться в саму систему поставка ресурсов

Поэтому большое количество людей не хотят тратить ни время, ни деньги на замену. счетчика, они считают за лучше по старый схеме передавать данные о использованы ресурсы вручную. И если проанализировать на более продолжительном промежутке времени сколько займет суммарно этот процесс, то много кто сильно удивится. Актуальность этой проблемы есть достаточно высокой, поэтому Дальше рассмотрим предложенное нами нет дорогое решение, какое легко внедрить в дома.

Нужно построить систему автоматического сбора информации с счетчика, какая будет нет дорогая в построении и легкая в установлены. Рассмотрим следующие варианты.

Первый вариант. Спроектируем систему, которая будет состоять из платы камеры, функциями которой будет фотографирование значений счетчика и локального сервера, на котором будет развернута система получения и обработки изображений. Плата камеры должна быть оборудована определенным интерфейсом для передачи данных через Интернет. Локальный сервер можно построить на основе микрокомпьютера с установленным специальным программным обеспечением для получения, хранения и отправки изображений.

В качества интерфейса передачи будем использовать WIFI модуль. За помощью технологии WIFI по беспроводном среде данные будут посылаться на WIFI Router, подключенный к Интернету. В предложенном вариант сервер есть локальным поэтому подключение в Интернет нет есть обязательным.

Плата камеры должна быть помещена в специальный корпус, разработанный, например, на 3D-принтере для определенного вида счетчика. Фотомодуль на камере делает снимок и с помощью WIFI модуля передает на WIFI Router, к которому в В свою очередь подключен локальный сервер на базе микрокомпьютера. На самом сервере запущено специальное серверное программное обеспечение, какое разрешает получать, обрабатывать и сохранять изображения. Также для удобного хранения полученных изображений с платы целесообразно использовать определенную базу данных.

При успешном получении фото на сервере можно обрабатывать изображения или сразу выводить изображение, например, на веб-страницы. Создание веб-страницы и демонстрация полученных фото на ней достаточно не сложным вариантом. Поскольку не нужно задумываться, каким образом можно эффективно обработать изображение в необходимый формат. В случае необходимости обработки изображение нужно использовать специальные программы для распознавания текстов.

Рассмотрим более подробно этот случай. Для реализации данного проекта используем плату с фотомодулем ESP32CAM, микрокомпьютер Raspberry pi, программу для распознавания текстов tesseract ocr.

ESP32-CAM - это полнофункциональный микроконтроллер, какой также имеет встроенная видеокамера и гнездо для карт microSD. Он недорог и прост в использовании, а также идеально подходит для устройств IoT, каким нужна камера с расширенными функциями, такими как отслеживание да распознавание изображений. Образец программного обеспечения, распространяемый компанией Espressif, содержит эскиз, какой разрешает вам создать веб-камеру со сложной панелью управление. Также есть возможность программирование функционала платы, меняя разные параметры можно реализовывать немало простых и сложных проектов. Большим преимуществом данной платы является ее стоимость, которая составляет около десяти долларов, включая камеру!

Raspberry Pi – третья по продаже компьютерная марка в мире. Raspberry Pi – это компьютер размером с кредитную карту, который подключается к телевизору или дисплея. Также существует возможность подключение клавиатуры да мыши. Можно использовать его для изучение кодирование да постройки проектов с электроники, а также для многих вещей, которые делает ваш настольный ПК, таких как создание да редактирование электронных таблиц, обработки текстов, просмотр Интернета да даже игры в игры. Он также воспроизводит видео высокой четкости. Raspberry Pi используется взрослыми и детьми во всем мире для изучения. программирование да цифровых технологий.

Optical Character Recognition OCR - оптическое распознавание символы. Другими словами, системы OCR преобразуют двумерное изображение текста, которое может содержать машинный печатный или рукописный текст с его изображения в машиночитаемый текст. OCR , как правило, состоит из нескольких подпроцессов для реализации как можно более точного распознавания. Подпроцессами являются:

Основной целью OCR - идентифицировать да отразить все уникальные слово, используя разные языки с символов письменного текст. В течении почти двух десятилетий оптические системы распознавание символов широко используются для обеспечение автоматизированного введение текста в компьютеризированные системы. Однако за все это время обычные системы OCR не могли похвастаться распознаванием любых изображений, они способны превращать в текст несколько шрифтов и форматов страниц. Шрифты лазерного принтера и многое непропорциональных шрифтов печатных машинок остаются за пределами досягаемости этих систем. И как следствие, OCR никогда нет играло важной роли в превращены определенных документов в цифровую форму. Но на сегодняшний день системы распознавания символов продолжают развиваться и многие начинают их использовать все чаще и более частую в автоматизации своей работы.

Первый предложенный вариант является сложным в реализации, поскольку требуется достаточно тщательно подстраивать плату с камерой, чтобы достичь необходимой качества изображения. Данные (фотографии) будут поступать на локальный сервер, на которому свободное программное обеспечение pytesseract будет преобразовывать текст из фото в текст, какой будет пригоден для использование, например, для заполнение определенных форм. Поскольку сервер есть локальным, то доступ к распознанных данных можно будет получать только локально, или определенным образом реализовывать подключение к Интернету. Учитывая всю сложность, предлагаем рассмотреть другой вариант.

Второй вариант состоит в следующем. Используем да у же плату с камерой ESP32CAM и хостинг в Интернете определенного провайдера.

Хостинг - услуга предоставления дискового пространства, подключение к сети да других ресурсов для размещение физической информации на сервере, что

постоянно находится в сети. Понятие хостинга включает в себя широкий спектр. услуг с использованием различного аппаратного и программного обеспечения

То есть ESP32CAM будет делать снимок значений счетчика и отправлять на выбранный хостинг. на хостинга будет создан веб-сайт, какой будет отображать фотографии получены с определенным интервалом. Интервал можно задать при программировании платы. Преимуществом данного метода есть относительная простота его реализации, не дорогая стоимость и доступность данных для пользователей через интернет в любой точке мира.

В данном разделе были исследованы методы автоматического сбора информации по аналоговых счетчиков Проведен количественный анализ необходимости внедрения данной системы. Продемонстрировано, на какой архитектуре и которые технологии используются в предложенной системе.

Одна с актуальных проблем водоканалов и управляющих компаний - учет ресурсов Много поставщиков до сих пор ведут учет воды вручную: показания счетчиков сообщают сами абоненты или фиксирующие контроллеры. Такой метод неудобен и уходит в прошлое. Передачу показаний можно значительно упростить и ускорить. Для этого поставщики и управляющие компании могут использовать полуавтоматизированного или автоматизированную систему учета данных.

Было описано два варианты реализации системы автоматического сбора информации по аналоговым счетчикам. Один способ является трудным в реализации, поскольку нужно определенным образом реализовать систему распознавания изображения. Другой способ есть значительно более легким, но также имеет достаточно неплохой функционал. В следующем разделе будет подробно описано систему автоматического сбора информации из счетчика.

В данной работе будем использовать устройство, которое в виде насадки размещаем на счетчике. Устройство состоит из платы камеры (ESP32Cam), которая будет фотографировать, отправлять фото на сервер через Wifi и корпуса, спроектированного на 3D принтер. Для лучшей качества изображение используем еще светодиод, включающийся в плату и располагающийся в отверстии на корпусе. Модифицировать будем счетчик холодной и горячей воды.

Рисунок 4.1 - Изображение счетчиков к модификации и после

Схема работы следующая. ESP32Cam делает фото с определенным интервалом по времени, через модуль Wifi на плате соединяется с Wifi маршрутизатором и передает информацию на удаленный сервер. Сервер за помощью программного кода принимает изображение и размещает на созданном сайте. На веб-странице создано ссылка на каждый из счетчиков.

Рисунок 4.2 - Схема работы системы

Веб-страница имеет следующий функционал. Главная страница отображает все Используемые счетчики через ссылку можем перейти на любой из них. Отображение фотографий происходит последовательно. То есть камера фотографирует, в название записывается время, когда сделанное фото и само фото с названием появляется на страницы.

Рассмотрит более подробно технические характеристики компонентов данной системы.

ESP32-CAM это модуль, какой можно использовать в множества разных проектов и из Arduino. Это законченный модуль со встроенным микроконтроллером, благодаря котором он может работать независимо. Возможное подключение за помощью следующих беспроводных технологий Wi-Fi и Bluetooth. Этот модуль также имеет встроенную видеокамеру и слот microSD для хранения.

Технические характеристики платы ESP32-CAM:

Рисунок 4.4 - Схема платы ESP32CAM с подписанными на ней контактами

Как видим с рисунка на плате есть два Контакты питание (5V, 3.3V). Обозначение GND – это заземление, а другие контакты являются информационными и обозначаются GPIO. GPIO 1 и GPIO 3 являются последовательными контактами. Они нужны для того, чтобы скачать код на плату. Кроме того, GPIO 0 также играет важную роль, поскольку он определяет находится ли ESP32 в режиме записи или нет. Когда GPIO 0 подключено к GND, ESP32 находится в режиме записи.

Следует также отметить, что ESP32-CAM не поставляется с разъемом USB, поэтому нужно отдельно докупать программатор FTDI для загрузки кода через контакты GPIO 1 и GPIO 3 (serial pins). GPIO 4 контакт, подключенный к единого светодиода LED на плате.

Важным этапом в проектировании любой IoT системы с использованием ESP32-CAM есть процесс программирование самой платы. Для того чтобы камера выполняла необходимые функции, нужно прописать соответствующие команды. Прошивка платы с камерой производится в Arduino IDE. Интегрированная среда разработки Arduino - это кроссплатформенный приложение, написан в функциях от C да C ++.

В Arduino IDE есть готов пример кода для создание веб-сервера потокового видео. Этот код можно найти в приборах для платы ESP32CAM. Но чтобы реализовать предложенный вариант системы, нужно модифицировать код.

Наружный вид платы с камерой, какая используется, есть следующим.

Рисунок 4.5 - Наружный вид платы с камерой ESP32CAM

Чтобы подключить плату с камерой ESP32CAM к компьютера для ее программирование используем следующую схему соединение с программатором FTDI

Рисунок 4.6 - Схема соединение платы с камерой ESP32CAM и программатора FTDI

Для удобного размещение платы с камерой ESP32CAM было создано специальный корпус на 3D-принтере. Корпус разработан таким образом, чтобы его было быстро и без труда установить на сам счетчик. Для улучшения качества изображение будем использовать дополнительный светодиод. Наружный вид корпуса можно видеть на (рис. 4.7).

Рисунок 4.7 - Наружный вид корпуса для платы с камерой ESP32CAM

Создана система для автоматического сбора информации о использованы энергоресурсы в продемонстрированном виде имеет как преимущества так и недостатки. Система построена на основе платы с камерой ESP32CAM. Была выбрана именно эта плата поскольку она достаточно недорогой (не превышает 10 USD). Главная задача данного проекта состоит в созданы максимально дешевой и эффективной системы

Основным преимуществом данного варианта реализации является низкая цена и относительная легкость в реализации. Низкая цена системы достигается использованием недорогих компонентов. Также покупка платы с камерой ESP32CAM не составляет никакой. проблемы, поскольку в Интернете есть множество вариантов. Сделан на 3D принтере корпус не дорог в себестоимости и довольно нетруден в изготовлении. Конечно можно изменять чертежи самого вида корпуса, что позволит увеличить гибкость при модификации разных видов счетчиков.

Большим преимуществом созданной системы является тот факт, что используется хостинг в Интернет. Есть доступ к фотографий значений счетчика будет доступен по всему миру, где есть доступ в Интернет. Также это позволяет достаточно легко выполнить масштабирование системы.

К недостаткам можно отнести тот факт, что отсутствует процесс автозаполнения в соответствующие формы значений показателей счетчика. Поскольку распознавание изображение есть достаточно сложной функцией в практической реализации и требует длительной настройки модуля камеры с корпусом на самом счетчике. Также к недостатков отнесем простой функционал веб-сайта и нет совершенную систему питание. Но следует отметить, что это тестовый вариант и в дальнейшем возможно улучшение компонентов системы.

Масштабирование - это возможность увеличивать количество обрабатываемых операций за подходящее время. Важно предусмотреть возможность масштабирования, если в будущем, планируется существенное увеличение нагрузка на систему.

Вертикальное масштабирование происходит за счет увеличения аппаратной мощности серверов.

Горизонтальное масштабирование происходит за счет увеличение количества работающих компонентов (серверов). Горизонтальное масштабирование предполагает, что построен бизнес-процесс допускает возможность распараллелирование.

Если рассматривать предложенный вариант реализаций системы автоматического сбора информации с счетчика то можно привести следующий пример масштабирование.

Устанавливаем определенную количество плат с камерами ESP32CAM в разных пользователей. Подключив их к маршрутизаторам можно отправлять фотографии через Интернет на наш веб-сервер (хостинг в Интернете). На веб-сайте создаем страницу авторизации пользователей и для каждого делаем доступ к необходимому счетчика. Авторизовавшись определенный пользователь будет видеть только значение своего счетчика. Если у пользователя есть несколько счетчиков, можно создать несколько страниц по каждому счетчику по отдельности. Это позволит удобно пользоваться веб-страницей большой количества людей.

Также существует еще вариант улучшения функционала системы используя например хостинг компании Google с возможностью распознавание теста и превращение его в читаемую для машин форму. Но за это нужно платить большую количество денег ежемесячно, поэтому этот вариант есть нет достаточно эффективным.

Основной задачей создание автоматической системы сбора информации с аналоговых счетчиков есть не высокая стоимость компонентов системы и простота в практической реализации. Рассмотрим более подробно стоимость разработки да внедрение системы.

ESP32-CAM - Модуль камеры OV2640 2MP, WiFi + Bluetooth стоит близко 270 грн. Если покупать в Китае то вообще цена составляет около 150 грн.

Корпус разработан на 3D принтере для размещение на счетчику стоит около 100 грн.

Веб-сервер используем, какой принадлежит Института Телекоммуникационных систем.

Дополнительный светодиод и провода Jumper стоят 10 грн.

Общая стоимость постройки всей системы составляет 380 грн. Что есть достаточно положительным результатом.

В данном разделе было описано подробно предложенную ИоТ систему автоматического сбора информации с аналогового счетчика, на примере счетчик для холодной воды. Описаны характеристики работы созданной системы и его компонентов. Показано, какие преимущества и недостатки есть у системы, каким способом можно масштабировать данную систему. И приведен финансовый расчет стоимости внедрение данной системы.

Схема работы следующая. ESP32Cam делает фото с определенным интервалом по времени, через модуль Wifi на плате соединяется с Wifi маршрутизатором и передает информацию на удаленный сервер. Сервер за помощью программного кода принимает изображение и размещает на созданном сайте. На веб-странице создано ссылка на каждый из счетчиков.

Основным преимуществом данного варианта реализации является низкая цена и относительная легкость в реализации. Низкая цена системы достигается использованием недорогих компонентов. Также покупка платы с камерой ESP32CAM не составляет никакой. проблемы, поскольку в Интернете есть множество вариантов. Сделан на 3D принтере корпус нет дорогой в себестоимости и достаточно нетрудный в изготовлены

Большим преимуществом созданной системы является тот факт, что используется хостинг в Интернет. Есть доступ к фотографий значений счетчика будет доступен по всему миру, где есть доступ в Интернет. Также это позволяет достаточно легко выполнить масштабирование системы.

К недостаткам можно отнести тот факт, что отсутствует процесс автозаполнения в соответствующие формы значений показателей счетчика. Поскольку распознавание изображение есть достаточно сложной функцией в практической реализации и требует длительного настройка модуля камеры с корпусом на самому счетчику.

Общая стоимость постройки всей системы составляет 380 грн. Что достаточно положительным результатом.

ВЫВОДЫ

В дипломном проекте показано теоретическую да практическую реализацию автоматического сбора информации по аналоговым счетчикам. Как было описано в предыдущих разделах эта проблема есть достаточно актуальной, поскольку существует большая количество домов, использующих счетчики старого образца. Полная замена старого аналогового счетчика на новый цифровой, который может передавать данные через Интернет обычно является недостаточно рациональным решением. Большие финансовые затраты да потеря времени на оформление всех документов отпугивают пользователей.

Поэтому было продемонстрировано вариант системы автоматического сбора информации из аналогового счетчика без необходимости его замены на более новую модель. Основную роль системы, а именно фотографирование показателей счетчика и передачу их на сервер выполняет плата с камерой ESP32CAM. Запрограммировав камеру получили следующий функционал. Новый снимок делается через определенный интервал, какой можно задать вручную при прошивке самой платы. Дальше он через сеть Интернет посылается на веб-сервер и пользователи могут получить доступ к снимков показателей своего счетчика по всему мира, где есть доступ в Интернет.

Таким образом, для облегчения работы и более эффективного использования времени можно использовать данный метод. Поскольку он довольно не дорог, не требует никакой бюрократической работы и несложным при внедрении. Также есть возможность изменения отображения фото на сайте, что позволяет настроить все под свой вкус.

ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ

VV Barannik – Kharkiv: Kharkiv: FOP Бровин OP, 2018 .-- p. 89-112.