Adatgyűjtő és vezérlő rendszer tervezése intelligens...

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM

MÉRÉSTECHNIKA ÉS INFORMÁCIÓS RENDSZEREK TANSZÉK

Adatgyűjtő és vezérlő rendszer tervezése

intelligens üvegházi szabályozásokhoz

Eredics Péter

Konzulens: Dr. Dobrowiecki Tadeusz

Tartalomjegyzék

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés ....................................................................................................... 1 1.1. Mesterséges környezetek..............................................................................................1

1.1.1. Mesterségesen fenntartott környezetek ..................................................................1

1.1.2. Az üvegházak ........................................................................................................2

1.1.3. Célok, beavatkozási lehetőségek ...........................................................................3

1.1.4. Az automatizálás fejlődése ....................................................................................3

1.1.5. Az informatika helye az üvegházakban..................................................................4

1.1.6. Az automatizálás sémája .......................................................................................6

1.2. Feladat specifikáció .....................................................................................................7

1.2.1. A tesztkörnyezet ....................................................................................................7

1.2.2. Célok ....................................................................................................................9

1.2.3. Az alacsony szintű szabályozás működése ........................................................... 10

1.3. Tervezési szintek ....................................................................................................... 12

1.4. A második szint bemutatása ....................................................................................... 13

1.4.1. A szenzor modulok működése ............................................................................. 13

1.4.2. A beavatkozó szervek vezérlése .......................................................................... 14

2. A harmadik szint tervezése ........................................................................ 15 2.1. Bevezetés ................................................................................................................... 15

2.2. Topológia .................................................................................................................. 15

2.2.1. A topológia hatása a tervezésre ........................................................................... 15

2.2.2. Centralizált rendszer alternatíva .......................................................................... 16

2.2.3. Elosztott rendszer alternatíva ............................................................................... 17

2.3 Logikai rendszerterv ................................................................................................... 17

2.3.1. Feladatok ............................................................................................................ 17

2.3.2. PC illesztő, alacsony szinten szabályozó egység (SMART) ................................... 18

2.3.3. Az asztalokat vezérlő egység (SENSOR) ............................................................... 18

2.3.4. Nem asztali szenzorok és beavatkozó szervek vezérlője (STRONG) ...................... 19

2.3.5. Kommunikáció .................................................................................................... 19

2.4. Fizikai rendszerterv .................................................................................................... 20

2.4.1. Kommunikációs hálózat ...................................................................................... 21

2.4.2. Mikrokontrollerek ............................................................................................... 21

2.4.3. A SMART egység ................................................................................................. 22

2.4.4. A SENSOR egység ................................................................................................ 22

2.4.5. STRONG ............................................................................................................... 23

2.4.6. Fizikai rendszerterv ............................................................................................. 26

2.5. Kommunikációs protokollok ...................................................................................... 27

2.5.1. Master-slave megvalósítás ................................................................................... 27

2.5.2. Univerzális protokoll ........................................................................................... 27

2.5.3. Hibadetektálás ..................................................................................................... 28

2.5.4. A COM protokoll ................................................................................................ 29

2.5.5. A 485 protokoll ................................................................................................... 29

2.6. Szoftver tervek ........................................................................................................... 30

2.6.1. Bevezetés ............................................................................................................ 30

Tartalomjegyzék

2.6.2. Programnyelv ...................................................................................................... 30

2.6.3. Konfigurációkezelés ............................................................................................ 30

2.6.4. Időkezelés ........................................................................................................... 31

2.6.5. Számábrázolás .................................................................................................... 32

2.6.6. SMART ................................................................................................................. 32

2.6.7. SENSOR ............................................................................................................... 34

2.6.8. STRONG ............................................................................................................... 35

2.6.9. Kalibráció ........................................................................................................... 36

2.7. Hibakeresés, tesztelés................................................................................................. 37

2.7.1. Általános megfontolások ..................................................................................... 37

2.7.2. Hibakeresés ......................................................................................................... 37

2.7.3. Tesztelés ............................................................................................................. 38

3. A magasabb szintek tervezése .................................................................... 40 3.1. A magasabb szintek feladatai ..................................................................................... 40

3.1.1. Bevezetés ............................................................................................................ 40

3.1.2. A magasabb szintek szoftver komponensei .......................................................... 40

3.2. A magasabb szintek hardver komponensei ................................................................. 41

3.3. Hálózati infrastruktúra ............................................................................................... 43

3.4. Operációs rendszer ..................................................................................................... 43

3.5. Az adatbázis............................................................................................................... 44

3.5.1.Architektúra ......................................................................................................... 44

3.5.2. Az adatbázis mint univerzális kapcsolódási pont ................................................. 45

3.5.3. Tárolt adatok ....................................................................................................... 46

3.6. Saját fejlesztésű alkalmazások.................................................................................... 48

3.6.1. Általános megfontolások ..................................................................................... 48

3.6.2. greenHand ........................................................................................................... 48

3.6.3. greenFace ............................................................................................................ 49

3.6.4. greenLog ............................................................................................................. 51

3.7. Távoli felhasználói felület .......................................................................................... 51

3.7.1. Alapvető megfontolások ...................................................................................... 51

3.7.2. A megvalósítás .................................................................................................... 51

3.7.3. A felhasználói felület – greenSite ........................................................................ 52

3.7.4. Grafikus adatmegjelenítés - greenGrapher ........................................................... 53

3.7.5. Kiegészítő kliens oldali megoldások .................................................................... 54

4. Befejezés ...................................................................................................... 55 4.1. A megvalósítás állapota ............................................................................................. 55

4.1.1. A végleges rendszertervek ................................................................................... 55

4.1.2. Elkészült komponensek ....................................................................................... 57

4.1.3. Az üzembe helyezés előfeltételei ......................................................................... 58

4.2. A tervezési döntések értékelése .................................................................................. 59

4.2.1. Bevezetés ............................................................................................................ 59

4.2.2. I2C szenzor modulok alkalmazhatósága ............................................................... 59

4.2.3. SMART és STRONG egyesítésének lehetősége ....................................................... 59

4.2.4. Az univerzális protokoll ...................................................................................... 59

4.2.5. Hibás kezdőbitek ................................................................................................. 60

4.2.6. A SENSOR modulok címbeállítása ........................................................................ 60

Tartalomjegyzék

4.2.7. Az ATmega8 memória problémái........................................................................ 61

4.2.8. A szenzor modulok folyamatos lekérdezésének hátrányai .................................... 61

4.2.9. A hibakeresés hardveres támogatása .................................................................... 61

4.2.10. A konfigurációk módosítása az adatbázisban ..................................................... 62

4.2.11. Összefoglalás .................................................................................................... 62

4.3. Az elkészült rendszer értékelése ................................................................................. 62

F. Függelék ..................................................................................................... 64 F.1. Lábkiosztások ............................................................................................................ 64

F.1.1. Bevezetés ............................................................................................................ 64

F.1.2. SENSOR ............................................................................................................... 64

F.1.3. SMART ................................................................................................................ 65

F.1.4. STRONG ............................................................................................................... 66

F.1.5. Állapotjelző LED-ek ........................................................................................... 67

F.2. A COM protokoll üzenetei ......................................................................................... 68

F.2.1. Bevezetés ............................................................................................................ 68

F.2.2. Az üzenetek ........................................................................................................ 68

F.3. A 485 protokoll üzenetei ............................................................................................ 74

F.3.1. Bevezetés ............................................................................................................ 74

F.3.2. Az üzenetek ........................................................................................................ 74

F.4. Tárolt konfigurációk .................................................................................................. 79

F.4.1. Bevezetés ............................................................................................................ 79

F.4.2. SMART ................................................................................................................ 79

F.4.3. SENSOR ............................................................................................................... 80

F.4.4. STRONG ............................................................................................................... 81

F.5. Állapotvektorok ......................................................................................................... 82

F.5.1. Bevezetés ............................................................................................................ 82

F.5.2. A globális állapotvektor ...................................................................................... 82

F.6. Debug állapotvektorok ............................................................................................... 84

F.6.1. Bevezetés ............................................................................................................ 84

F.6.2. SMART ................................................................................................................ 84

F.6.3. SENSOR ............................................................................................................... 85

F.6.4. STRONG ............................................................................................................... 86

F.7. A greenDiagnostics segédprogram ............................................................................. 87

F.7.1. Bevezetés ............................................................................................................ 87

F.7.2. Hibakeresés, állapot információk ........................................................................ 87

F.7.3. Konfigurációk letöltése, szerkesztése .................................................................. 88

F.7.4. EEPROM tartalom olvasás .................................................................................. 89

F.7.5. Kalibráció ........................................................................................................... 89

F.8. A greenHand diagnosztikai kimenete ......................................................................... 90

F.8.1. Leírás .................................................................................................................. 90

F.8.2. A kimenet ........................................................................................................... 90

F.9. A közös rendszernapló ............................................................................................... 92

F.9.1. Bevezetés ............................................................................................................ 92

F.9.2. Egy naplórészlet .................................................................................................. 92

Irodalomjegyzék ............................................................................................. 94

1. Bevezetés 1

1. Bevezetés

1.1. Mesterséges környezetek

1.1.1. Mesterségesen fenntartott környezetek Napjainkban számtalan mesterséges – pontosabban mesterségesen fenntartott –

környezet vesz körül bennünket. Ezek közös jellemzője, hogy a tér egy valamelyest

elszeparált részén a külvilágtól eltérő paramétereket (hőmérséklet, páratartalom, nyomás, stb.)

tartanak fenn. Méretük nagyon tág tartományban mozoghat: egy egyszerű fűtéssel ellátott

akvárium vagy terrárium már képes megfelelő klímát biztosítani trópusi állatoknak. További

példaként tekinthetünk egy gépkocsit, ahol téli időben a fűtés, nyáron a légkondicionálás

biztosítja az utasok kellemes közérzetét a külső időjárástól független módon. A mesterséges

környezetek közé sorolható szinte minden épület, mely a téli fagyok ellenére képes megfelelő

klímát biztosítani. Hasonló feladatot látnak el az üvegházak is, melyeket széles körben

alkalmaznak a botanikus kertektől kezdve az ipari növénytermesztés számos területéig.

1.1. ábra: Növénytermesztés a Marson (A NASA terve) [1]

Mesterséges környezetek új generációja körvonalazódik a láthatáron, amikor a

különböző űrmissziók előkészítése folyik: távoli bolygók „benépesítésének” elengedhetetlen

feltétele az emberi táplálék helyszíni előállítása, vagyis a Földön szabadtéren termelhető

növények életfeltételeit például egy légkör nélküli, igen nagy hőingadozásokat produkáló

távoli bolygó felszínén kell majd megtermelni. Nem szükséges azonban elhagyni a Földet

ahhoz, hogy extrém kihívásokkal találjuk szembe magunkat: mélytengeri kolóniák

létrehozásától, a sivatagok növénytermesztési célú felhasználásáig számos hasonlóan nehéz

feladat vár még az emberiségre.

A fizika törvényei alapján a mesterséges környezetek létrehozása, illetve fenntartása

energiát igényel. Ez az energia származhat valamilyen kereskedelmi forgalomban kapható

energiahordozóból (például földgázból), vagy amennyiben mód van rá, megfelelő tervezés

esetén beszerezhető a befogadó környezetből is. Utóbbi megoldás nyilvánvalóan

gazdaságosabb, ám megvalósítása nem mindig lehetséges, illetve jelentősen magasabb

konstrukciós költségekkel járhat.

1. Bevezetés 2

1.1.2. Az üvegházak A továbbiakban a mesterséges környezetek egy szűkebb csoportját, az üvegházakat

vizsgálom. Az üvegházak rendkívül hatékonyan képesek felhasználni a napból érkező

energiát, hiszen a napfényt az üvegfalak beengedik, ám az így felmelegített levegő

kiáramlását meggátolják. Ezáltal a fűtési költségeken komoly megtakarításokat lehet elérni,

így az üvegházak hatékony eszközök relatíve hidegebb környezetben melegebb klíma

előállítására, amennyiben a napsütés hordozta energia elegendő, illetve a

hőmérsékletkülönbség nem túl nagy.

Az üvegfalak kiváló fényáteresztő tulajdonsága mellé sajnos nem túl jó hőszigetelő

képesség társul. Amennyiben a külső környezet a háznál jobban lehűl, a falakon jelentkező

hőveszteség jelentős mértéket ölthet. A jelenség ellen többrétegű üveg használatával, illetve

újabban az üveget helyettesítő, hasonlóan átlátszó polikarbonát lapok beépítésével

védekeznek. Az üvegházak belsejét kitöltő levegő rossz hővezető képességének köszönhetően

a kisebb külső hőingadozásokat tehetetlenségéből fakadóan magától tudja kompenzálni, míg a

komolyabb változások hatását késleltetni, tompítani képes. Az éjszakai túlzott lehűlés

megakadályozására beépített fűtés jelenthet megoldást, míg a hosszantartó, erős napsütés által

előidézett túlmelegedés ellen szellőztetéssel és árnyékolással lehet védekezni.

Üvegházakat elsődlegesen növények számára szokás építeni: botanikus kertekben

speciális igényekkel rendelkező növények számára, fajtanemesítés során a fiatal növények

védelmére, zöldségtermesztés területén a termésidő meghosszabbítására vagy előrehozására,

illetve szobai dísznövények nagyüzemi előállítására. A cél minden esetben melegebb klímájú,

világosabb környezet létrehozása a napenergia intenzív hasznosítása által.

1.2. ábra: Nagy kiterjedésű ipari üvegház [2]

Az üvegházak mérete az eltérő felhasználási célok miatt széles tartományban mozoghat:

a legkisebb néhány tíz négyzetméteres kísérleti épületektől, a növények fejlődésének csak

kezdeti szakaszát támogató néhány száz négyzetméteres házakon át, a több hektáros, ipari

méretű üvegházrendszerekig. Utóbbi nagyméretű rendszereket tipikusan dísznövények és

vágott virágok előállítására építik, ahol azt használják ki, hogy a házakban a klíma egész

évben megfelelő a növények virágzásához.

A továbbiakban az üvegházak legnépszerűbb alkalmazási területét jelentő,

növénytermesztési célú házakkal foglalkozom részletesebben.

1. Bevezetés 3

1.1.3. Célok, beavatkozási lehetőségek Éghajlatunkon az üvegházak számos beavatkozó szervvel rendelkezhetnek a környezeti

paraméterek megfelelő szinten tartása érdekében.

Mivel túl magas hőmérséklet mellet a növények könnyen károsodhatnak, ezért ennek

elkerülése alapvető fontosságú. A túl alacsony hőmérséklet sem kedvező, mivel lelassítja a

fejlődést, ráadásul 0°C alatt már visszafordíthatatlan károsodások következhetnek be, mind a

növényekben, mind pedig a vizet használó berendezésekben. A kívánatos érték eltérő lehet

nappal és éjszaka, valamint a növények fejlődésének egyes fázisaiban. Amennyiben a kültéri

levegő alacsonyabb hőmérsékletű a beltérinél, a nyitható ablakok és oldalfalak segítségével a

természetes vagy ventillátorokkal felgyorsított légáramlás által egyszerűen lehűthető a ház.

Túl erős napsütésben a besugárzott energiamennyiség csökkentésének érdekében

különböző árnyékolási technikák állnak rendelkezésre, a ház külső befestésétől a belső térben

elhelyezett mozgatható ernyőkig. A hideg téli időszakban megfelelő fűtésről kell

gondoskodni: ez történhet radiátorok segítségével vagy közvetlenül a növények elhelyezésére

szolgáló asztalok fűtésével, mely során a hőleadó felületeket az asztalok aljára szerelik fel. A

legmodernebb megoldásnak infrasugárzók alkalmazása számít, mivel ilyenkor közvetlenül a

növények felszínét lehet melegíteni, vagyis nincs felesleges energiaveszteség például a talaj

fűtése által.

A hőmérséklet értéke szorosan összefügg a relatív páratartalommal, mely egyrészt a

hőmérséklet függvényében változik, másrészt magas páratartalom mellett a növények jobban

viselik a meleget. A különböző fajták más-más mértékben igénylik a levegő nedvességét,

azonban túl magas érték nem engedhető meg, mivel ez gátolja a felvett víz elpárologtatását, és

egyéb növény-egészségügyi problémákat okozhat. A növények vízigényét beépített párásító-

és öntözőrendszer elégítheti ki: az öntözés történhet a párásításhoz hasonlóan felülről, a

talajon elhelyezett csövekből, vagy akár hidrokultúra módszerével is. Utóbbi esetben a

növényeket táptalaj nélkül nevelik, gyökereik között folyamatosan tápoldatot áramoltatva.

A növények fejlődéséhez szükséges a megfelelő megvilágítás, mely – az üvegház

adottságai alapján – történhet napközben természetes fénnyel, amit szükség esetén

mesterséges fényforrásokkal egészítenek ki a reggeli és esti órákban. A megvilágítás

hosszának és intenzitásának egyaránt fontos szerepe lehet. Például az úgynevezett hosszú-

nappalos növények csak 12 óránál hosszabb nappalok (világos időszakok) mellett hoznak

virágot.

1.1.4. Az automatizálás fejlődése Az eddigiekben ismertetett beavatkozó szerveket az üvegházak fejlődésének kezdeti

szakaszában kézzel működtették. A személyzet feladata volt az ablakok mozgatása, az

árnyékolás megoldása, és a megfelelően gyakori öntözés vagy párásítás. A technika fejlődése

során ezeket a feladatokat lassanként motorok és elektronikusan szabályozható szelepek

vették át, így minden eszközt egy központi vezérlő tábláról működtettek. Ez már jóval

kevesebb emberi erőforrást igényelt, azonban a rendszeres személyes jelenlétet még nem

váltotta ki.

A kapcsolótáblán általában egyszerű műveleteket hajtottak végre, például a ház

melegedése esetén aktiválták az árnyékolást, vagy a szellőztetést. Lehűlés esetén a feladat

fordított volt, illetve egy bizonyos szint alatt már a fűtés bekapcsolása is szükségessé

válhatott. E vezérlő beavatkozások igen könnyen automatizálhatóak voltak, így egyszerű SSI

alkatrészek illetve mikrokontrollerek segítségével nemsokára elkészültek az emberi jelenlétet

teljesen kiváltó szabályozások. Ezek általában egy mért hőmérsékleti érték függvényében

hajtanak végre különféle beavatkozásokat, pontosan olyan elvek alapján, ahogy azt a

kezelőszemélyzet korábban a kapcsolótábla segítségével tette. (Ilyen elven működik például a

Micro Grow Greenhouse Systems rendszere, a Growmaster [3]).

1. Bevezetés 4

1.3. ábra: A Growmaster vezérlőegysége [4]

Az utóbbi időkben terjedtek el a számítógépekkel összekapcsolt üvegházi vezérlések,

melyek azonban az adatok távoli megjelenítésén illetve archiválásán túl nem nyújtanak sokkal

többet elődeiknél. Működési elvük még mindig nagyon egyszerű, mivel a mért hőmérséklet

függvényében szabályokkal leírható beavatkozások végrehajtásán alapul. (Ilyen

szolgáltatásokat nyújt például az Argus Control Systems cég Argus nevű vezérlőrendszere

[5].)

1.1.5. Az informatika helye az üvegházakban Mint a korábbiakban bemutatott számítógépes vezérlésekkel kapcsolatban már

megjegyeztem, ezek nem jelentettek igazi előrelépést az őket megelőző, jóval egyszerűbb

megoldásokhoz képest. Az autóiparral összehasonlítva az üvegházak automatizálását,

megfigyelhető, hogy a számítógépek beépítése a gépkocsik esetében minőségileg új

szolgáltatások megjelenését eredményezte. Az elektronikus vezérlésű fékrendszer például

nem pusztán a vezető által a pedálra ható erőt közvetíti digitális jelek formájában a tényleges

beavatkozás helyére, hanem az emberi döntést esetenként felülbírálva olyan bonyolult

feladatokat is képes ellátni, mint a blokkolásgátlás (ABS) [6] vagy az elektronikus

menetstabilizálás (ESC) [7].

Az autóiparban számos további példa található arra, hogy a számítógépek formájában

megjelenő számítási teljesítmény segítségével új, jobb szolgáltatásokat képesek nyújtani

felhasználóik számára. Ilyen jellegű generációváltás az üvegházak esetében mindezidáig várat

magára. Megfigyelhető, hogy a számítógépek egyszerűen átvették a mikrokontrollerek

feladatait, azokat mindössze néhány triviális funkcióval – mint az adatok rögzítése vagy a

távoli hozzáférés biztosítása – kiegészítve, azonban a szabályozás terén nem születtek

minőségileg új megoldások [8]. Ez a tendencia egyébként nem különösebben meglepő. A

bevált szabályozási módszerek a megrendelők igényeit kellőképpen kielégítik, és a nagyobb

számítási kapacitásra képes, ezáltal bonyolultabb hardver és szoftver komponensek olyan

megbízhatósági kérdéseket vetnek fel, melyek korábban nem jelentkeztek.

Könnyen belátható azonban, hogy a megbízhatósági problémák megoldása után

rendelkezésre álló számítási teljesítményt fel lehetne használni az üvegházak vezérlése során,

hiszen így lehetőség nyílna nagyszámú mérési adat összegyűjtésére, kiértékelésére. Példaként

tekintsük az alábbi, újszerű vezérlési megközelítést.

1. Bevezetés 5

A mérési adatok tükrében az üvegház egy számítási modellje futási időben létrehozható,

vagyis minden olyan üvegházra, amiben ilyen rendszer üzemel, egy tanulási folyamat

segítségével önálló modell határozható meg, mely az adott környezethez a leginkább illik. A

modell megalkotása történhet teljesen általánosan, illetve élhetünk bizonyos előfeltevésekkel.

Amennyiben semmit nem tételezünk fel a modell alakjával kapcsolatban, akkor a tanulási

folyamat jóval lassabban konvergál majd, mintha bizonyos apriori tudást bevinnénk a

modelltanulás folyamatába. Célszerű tehát a modell vázát beépíteni a tanuló eljárásba, és a

működés során mindössze a váz helyes paraméterezését keresni.

Mivel az üvegház egy fizikai rendszer, így a benne zajló folyamatok leírhatók a

termodinamika törvényeivel. Ezek alkalmazásához célszerű a házat zónákra osztani, mely

zónák hőmérsékleti szempontból homogénnek tekinthetők, míg a zónák közötti eltérések

megengedettek. Triviális felosztás két zónát alkotni a belső és a külső térből, azonban az

üvegház konkrét felépítését figyelembe véve finomabb felosztás is létezhet. A zónák

segítségével, határaikra felírva a hőátadási folyamatokhoz (hőátadás, hővezetés, hőáramlás,

hősugárzás) tartozó összefüggéseket, azonnal adódik a modell alakja, melyhez már csak a

helyes paraméterezést kell meghatározni.

A működés folyamán a belső körülmények változása nem ritka esemény, például a

kihasználtság ingadozása miatt a ház egyes részei leválasztásra kerülhetnek, illetve a

növények növekedésével is számolni kell. A megváltozott körülményekhez a modell

létrehozásában szerepet játszó tanulási folyamat önállóan képes alkalmazkodni. Az ilyen

módon karbantartott modell a későbbiekben felhasználható a beavatkozások hatásainak

becslésére, vagyis a döntéseket immáron nem kizárólag a pillanatnyi helyzet alapján kell

meghozni, hanem várható hatásukat mérlegelve választhat a rendszer a rendelkezésére álló

lehetőségek közül. A beavatkozást követően az új mérési adatok megfigyelése által a

korábbiakban felépített modell pontosítható. Amennyiben a beavatkozás hatása egyáltalán

nem, vagy nem a várt formában jelenik meg, bizonyos meghibásodásokra következtetni lehet,

így a szükséges kárelhárító intézkedésekről azonnal döntés születhet.

Ez azonban még nem minden. Amennyiben a döntések kimenete a modell segítségével

jósolható, akkor a döntési pillanatokban több lépéses terveket is fel lehet vázolni, majd ezek

közül kiválasztani a legoptimálisabbat, és ennek kezdő lépését végrehajtani. E megoldás

lehetővé teszi, hogy a rendszer pillanatnyi döntésként a hosszú távon legjobb beavatkozást

válassza, így minimalizálva a működési költségeket. Ez a mechanizmus nem sokban tér el az

emberi kezelőszemélyzet által a kapcsolótáblán végzett beavatkozások stratégiájától, mivel ott

is a pillanatnyi helyzet ismeretében a jövőről valamilyen hozzávetőleges, emberi becslés

alapján hozták meg az egyes döntéseket. (Például a személyzet biztosan nem nyitotta ki egy

tavaszi estén az ablakokat még akkor sem, ha a hőmérséklet néhány fokkal a kívánt szint

felett volt, mivel ezáltal éjszaka hamarabb szükségessé vált volna a fűtés bekapcsolása.)

A modell alapján létrehozott jóslatok pontossága természetesen sok tényező függvénye.

A külső időjárás változásait mindenképpen figyelembe kell venni az előrejelzések készítése

során, sőt az egyes napszakokban eltérő mennyiségű megvilágítás sem hanyagolható el. E

hatásokon kívül a jóslás helyességére komoly negatív hatással lehet a modell pontatlansága,

így törekedni kell a valóságot a lehető legjobban közelíteni. A már ismertetett okokból

kifolyólag a ház modellje folyamatos változásban van, így az tervezési időben semmiképpen

nem határozható meg a szükséges pontossággal, tehát lehetőségként útként a vázolt tanuló,

alkalmazkodó modellalkotás megvalósítása marad.

A fentiekben ismertetett szabályozási megoldás egyelőre csak elvi síkon létezik, és

nagyon könnyen felismerhető benne számos igen erős exponenciális probléma, mint például a

potenciális tervek megalkotásának és kiértékelésének feladata. Sajnos már a korábbi

fázisokkal kapcsolatban is sok kérdés merülhet fel: Mennyire lehet, illetve kell pontosnak

lennie egy ilyen dinamikusan létrehozott (felparaméterezett) modellnek, melyet

szükségszerűen zajos mérési adatok alapján készítünk el? Mekkora számítási igénye van egy

1. Bevezetés 6

ilyen rendszernek? Milyen hosszú betanulási időszakot igényel a modell elfogadhatóan pontos

meghatározása, illetve képes-e a változásokat kellően gyorsan követni?

Ahhoz, hogy a kérdésekre válaszokat kaphassunk, először szükség van nagyszámú,

valós környezetbeli mérési adatra. Sajnos ezeket szimuláció segítségével nem lehet előállítani,

mivel a szimulációk szükségszerűen egyszerűsített modellekkel dolgoznak, melyekből éppen

a pillanatnyilag érdekes, apró részletek maradhatnak ki. Így tehát szükség van egy valós

környezetben elhelyezett mérőrendszerre az adatok begyűjtéséhez, melyek segítségével már

kísérleti körülmények között győződhetünk meg a modell tanulhatóságáról, illetve az

adatokkal együtt érkező zaj segítségével az így előálló modell pontosságáról. Második

lépésben a szabályozó algoritmusok implementálása után nélkülözhetetlen a kész rendszer

valós környezetbeli tesztelése, illetve összehasonlítása a hagyományos szabályozási

megoldásokkal annak bizonyítására, hogy az elméletileg elérhető pozitív tulajdonságokat a

gyakorlatba is sikerült átültetni.

1.1.6. Az automatizálás sémája Ez előzőekben felvázolt új automatizálási megközelítést alkalmazó megoldás – a

továbbiakban magas szintű automatizálásnak nevezett eljárás – önmagában sajnos nem

elegendő egy üvegház teljes körű, megbízható működtetésére. Mint már említettem a

bonyolult tervkészítő és modellalkotó algoritmusok az exponenciális komplexitások

kezelésére komoly számítási teljesítményt igényelnek. Ezek az erőforrások napjainkban

legegyszerűbben PC-k vagy ipari számítógépek képében állnak rendelkezésre, melyek

megbízhatósága – összetett felépítésüknek, mozgó alkatrészeiknek, illetve számos hardver-

szoftver komponensüknek köszönhetően – nem teljesen kielégítő. Egy üvegházban, ahol több

tízmillió Forint értékű növényt nevelnek, nem fogadható el a számítógépek által így behozott

kockázat.

Ebből kifolyólag a magas szintű szabályozó algoritmusok alá szükségszerű bevezetni

egy alacsonyabb szintet, mely a felső kiesése esetén képes annak rövidtávú feladatait kielégítő

módon ellátni. Egy ilyen szint létrehozása számos egyéb előnnyel is jár, mivel megfelelő

tervezés esetén a két szint hierarchikusan épülhet egymásra, vagyis felül nem szükséges az

alul nyújtott szolgáltatások ismételt implementációja.

Az alacsony szint fentiekben meghatározott feladata tehát igen egyszerű: kielégítő rövid

távú szabályozást nyújtani a modellalapú szabályozástól függetlenül, illetve a magas szint

működése esetén egy köztes réteg formájában kiszolgálni azt. Ehhez célszerű úgy

megvalósítani, hogy (1) minden szükséges mérést el tudjon végezni, (2) a mérési adatokat a

magas szint által elérhető helyen tárolja, (3) minden beavatkozást végre tudjon hajtani, és (4)

a magas szinttől beavatkozó utasításokat fogadhasson, melyeket az érintett szervek felé

továbbít.

Az eddigiekben vázolt rendszer meglehetősen bonyolult, így célszerű több különálló

fázisban megvalósítani. Az első fázis célja a szenzorok és a beavatkozásokat vezérlő hardver-

és szoftverkomponensek létrehozása, valamint az alacsony szintű szabályozás

implementálása. A következő szakasz során – a már rendelkezésre álló mérési adatokat

felhasználva – a modell, illetve az ezt használó magas szintű szabályozó algoritmusok

tervezése következhet.

A két szabályozási szint elkészülte után a harmadik fázisban kiegészítő szolgáltatások

implementálására kerülhet sor. Ilyen kiegészítő funkció lehet az ingyenesen elérhető időjárás

előrejelzések kiértékelése, és az így kapott prognózisok beépítése a tervezési folyamatba. Egy

másik lehetséges szolgáltatás modellkönyvtárak létrehozása, mely könyvtárakból a modell

egy-egy korábban lementett állapota tölthető vissza a működő rendszerbe. Ez lehetővé teszi

egy esetleges téli üzemszünet után az előző évben lementett tavaszi modell visszaállítását, így

elkerülve az ismételt tanulási folyamat kezdetén nagy valószínűséggel jelentkező

1. Bevezetés 7

pontatlanságokat. A fejlesztés kezdeti fázisaiban felmerülő új igények, illetve a

felhasználóktól érkező visszajelzések alapján a harmadik fázis funkcionalitása még bővülhet.

Az automatizálás eddigiekben ismertetett sémája az alábbi ábrán látható.

1.4. ábra: Az automatizálás sémája

Az ábrán szerepel az eddig még nem említett felhasználói felület, mely mindhárom

fázishoz szorosan kapcsolódik. A felhasználó természetes elvárása, hogy a ház pillanatnyi

illetve korábbi állapotával kapcsolatban tájékozódni tudjon. Ezen kívül a felhasználói

felületen keresztül van lehetősége az alacsony szint esetén a működtető paramétereket

megadni (például, milyen hőmérséklet alatt kapcsoljon be a fűtés?), illetve a magas szint

esetén a célokat specifikálni (a szabályozás feladata lehet például 21 fokot előállítani és

tartani a házon belül minimális költségek mellett).

E dolgozat az első fázis megvalósítását követi végig.

1.2. Feladat specifikáció

1.2.1. A tesztkörnyezet A mérési adatok begyűjtésére, illetve az eredmények valós környezetbeli tesztelésére

lehetőség van a rendszert egy konkrét üvegházban kísérleti jelleggel üzemeltetni. Ez a ház

100 m2 alapterületű, tehát relatíve kicsi, ami a felműszerezési költségeket kezelhető szinten

tartja. Az üvegházban a növények 18 mozgatható asztalon helyezkednek el, mely asztalok

felülete az alapterület nagyjából 90%-át fedi le.

Az üvegházban az év nagy részében fiatal mikroszaporított növények nevelése folyik. A

mikroszaporítás egy modern alternatíva a magvetéssel szemben, melynek során a

szaporítandó növényről egy hajtást leválasztanak, azt hormonokkal kezelik, majd

gyökereztetik. A mikroszaporítás széles körben elterjedt megoldás hagyományos módon

nehezen szaporítható növények esetében, illetve új fajták tömeges, gyors bevezetésekor.

Tipikusan így szaporítják az orchidea fajtákat, a gerberát vagy az újonnan nemesített

szamócákat [9].

Modell

Üvegház A

lacs

on

y s

zin

tű

sza

bály

ozá

s

Sze

nzo

rok

B

eavatk

ozó

k

Magas szintű

szabályozás

parancsok

mérések

1. fázis 2. fázis 3. fázis

Időjá

rás

előre

jelz

és

Model

lkönyvtá

r

Felhasználói felület

1. Bevezetés 8

A módszer ismeretében könnyű megérteni, hogy a mikroszaporított növények sokkal

kényesebbek a környezeti paraméterekre, mivel fejlődésük kezdeti szakaszában semmilyen

gyökérzettel nem rendelkeznek. Így az sem meglepő, hogy az említett üvegház jelentős

automatikával, illetve számos speciális (az átlagos dísznövény- vagy zöldségtermelő

üvegházakban nem alkalmazott) beavatkozó szervvel rendelkezik. Az alábbiakban röviden

ezeket mutatom be.

Felső ablakok: A felső ablakok a ház tetejének nagyjából negyedét foglalják el.

Mozgatásuk egy központi motor segítségével történik. Az ablakok rendelkeznek végállás

kapcsolóval, illetve egy érzékelővel, mely 33%-os nyitottság esetén jelez, vagyis a 0%, 33%

és 100% állásba lehet őket könnyen (hardverrel támogatott módon) vezérelni.

Oldalsó ablakok: Az üvegház elején egy, a végén két nyitható oldalsó ablak található.

Ezek jelenleg nem motorizáltak, így a személyzet beavatkozása szükséges mozgatásukhoz.

Pillanatnyi állapotuk az első ablakon elhelyezett mikrokapcsoló segítségével lekérhető. (Az

ablakok az esetek legnagyobb részében egyszerre nyitottak vagy zártak, így egy érzékelő

elegendő.)

Árnyékoló ernyő: A ház teljes üvegfelületét belülről egy motorral mozgatható

árnyékoló ernyő fedi. Ez – mint általában az ilyen ernyők – speciális szövetanyagból készült,

melybe fémszálakat helyeztek hő- és fényvisszaverő képességének javítása érdekében. Az

ernyő két végállás kapcsolóval közvetlenül visszahat a mozgató motorra, illetve rendelkezik

egy érzékelővel, mely 90%-os fedés esetén jelez, így a 0%, 90% és 100%-os fedettség érhető

el könnyen (hardveres támogatással). A 90%-os fedési állásra azért van szükség, hogy az

ablakok hűtő hatása az ernyő behúzott állapota mellett is érzékelhető legyen a ház belsejében.

Fűtés: A fűtés szerepe különösebb magyarázatot nem igényel: a feladatot egy gázkazán

látja el.

Útpárásítás: A ház belső légterének aktív hűtésére szolgáló eszköz az útpárásítás: a

betonlapokkal fedett közlekedő út szórófejekkel történő nedvesítése – a víz párolgása által

elvont hő miatt – segít a felmelegedés fékezésében. A szórófejeket be illetve ki lehet

kapcsolni egy elektromos vezérlésű szelep segítségével.

Felső párásítás: A növényeket a legtöbb üvegházban a könnyű munkavégzés érdekében

asztalokon helyezik el. A konkrét üvegházban a mikroszaporítás technológiájából származó

komoly páratartalom igény miatt ezek az asztalok egy átlátszó fóliával lefedhetők a nedvesség

benntartása érdekében. Az idősebb növényekről az úgynevezett edzési folyamat keretében egy

idő után lekerül a fedés, vagyis közvetlenül az üvegház belső légterébe kerülnek át. Az ilyen

növények párásítás és öntözés igényét hivatott kielégíteni az felső párásítás, az asztalok felett

elhelyezett szórófejekkel, melyek az útpárásítással azonos módon – de attól függetlenül –

vezérelhetőek.

Ultrahangos párásítás: A fedett asztalok párásításának feladatát az asztalok belsejébe

csöveken bevezetett hideg pára látja el. Ez a rendszer bevezetés alatt áll az említett

üvegházban. A pára előállítását kiskereskedelmi forgalomban is kapható, ultrahangos

légnedvesítő készülékek látják el, melyek két asztalonként kerülnek felszerelésre. A

beavatkozó szerv elnevezése ultrahangos párásítás, utalva arra, hogy az eszközök a vizet

ultrahang közeli frekvenciával rezegtetve érik el a vízmolekulák intenzív leválását a felülettől,

vagyis a hideg pára képződését.

Asztalszellőztetés: Az asztalok túlmelegedésének csökkentésére egy ventilátor pár is

felszerelésre került, melyek néhány perces működéssel képesek az asztalokat kiszellőztetni. A

légcsere mellékhatásaként megfigyelhető ilyenkor a páratartalom drasztikus csökkenése,

melyet a szellőztetés után az ultrahangos párásítással lehet pótolni.

Egyéb beavatkozó szervek és érzékelők: Az oldalsó ablakokhoz hasonló, a személyzet

által mozgatott, szellőztetési célokra is alkalmas „eszköz” az ajtó, melynek nyitottságáról egy

mikrokapcsoló szolgáltat adatokat. A házhoz tartozik egy csapadékérzékelő, mivel az

ablakokat eső esetén azonnal be kell zárni. (Az érzékeny növényekben komoly kárt tehet a

1. Bevezetés 9

csapadékkel együtt esetlegesen érkező jég, illetve a légszennyezettség következtében savas

kémhatású eső is igen ártalmas lehet.) A tetőről lefolyó csapadékot elvezető csatornák

fűtőszálakat tartalmaznak, így lehetőség van télen az összegyűlt hó gyors leolvasztására a

bejutó fény maximalizálásának érdekében.

1.2.2. Célok A cél egy olyan rendszer létrehozása az előzőekben bemutatott üvegházban, melynek

segítségével kényelmesen és hatékonyan lehet magas szintű szabályozási algoritmusokat

fejleszteni és tesztelni a valós környezetben. A fejlesztés kezdeti lépéseinek támogatásához

nagy mennyiségű mérési adatra van szükség, melyek alapján a ház működése, környezeti

viszonyai alaposan megismerhetőek. Az ilyen adatok alapján elméletileg meg lehet alkotni az

üvegház termikus modelljét, mely később a beavatkozások tervezésének alapját adhatja. A

módszer ismertetésekor már említettem, hogy a ház hőmérsékleti szempontból heterogén

belső légterét célszerű egyenként homogénnek tekinthető zónákra osztani, majd ezek

kölcsönhatásait közelíteni a tanuló algoritmus segítségével.

A konkrét üvegház esetében négy zóna kialakítására van mód. Az első, a fólia fedél által

elszigetelt asztalok belseje, mely a szabályozás szempontjából kiemelt fontosságú, hiszen itt

helyezkednek el a növények. Amennyiben az adott asztalon éppen úgynevezett edzett

növények vannak – melyek az edzési folyamat során a külvilághoz szoktatásuk érdekében

már nincsenek lefedve –, akkor az első zóna nem különíthető el a másodiktól, mely a ház

belső légterének az árnyékoló ernyő alatti részét jelenti. A harmadik zónát a zárt ernyő és az

üveg közötti rész alkotja. Amennyiben az ernyő nem árnyékol a két középső zóna egynek

tekinthető. Az utolsó, negyedik zónának a házon kívüli, szabadtéri levegő tekinthető, mely az

üvegfalakon keresztül, és a szellőztetések alkalmával érintkezik a belső légtérrel.

1.5. ábra: Az üvegház zónafelosztása

Az 1. zónát alkotó asztalokon mindenhol mérni kell a hőmérsékletet és a páratartalmat.

Utóbbi a két asztalonként elhelyezett ultrahangos párásítás vezérléséhez kell, míg előbbi a

termikus modell tanulásához nélkülözhetetlen.

A 2. zónán belül két helyről kell hőmérsékleti adatokat gyűjteni, mivel a ház egy része

alacsony kihasználtság esetén a téli időszakban a fűtési költségek mérséklése érdekében

leválasztható, így az üres részben csak a fagy megelőzés a feladat. Szükséges még ebben a

zónában egy páratartalom és egy megvilágítás érték regisztrálása is. Előbbi az útpárásítás

Üvegfal

Felső ablak

Bejárat

Árnyékoló ernyő

Fedett asztal Fedetlen asztal

1

2

3

4

Hőszigetelő fal

1. Bevezetés 10

vezérlését befolyásolja, hiszen ha a megnedvesített járólapokról a víz már nem képes

elpárologni, akkor nem érdemes a szórófejeket működtetni. A megvilágítás mért alapján a

magas szintű szabályozás a besugárzott energia mennyiségét becsülheti meg.

A 3. zónában, az ernyő felett kizárólag hőmérsékletet kell mérni, míg a 4. zónát alkotó

kültéri érzékelőknek a hőmérsékleten kívül megvilágítási adatokat is szolgáltatniuk kell.

Utóbbi felhasználása hasonló a 2. zónában mért megvilágítási értékhez. Szükség van továbbá

a fűtéscsövek hőmérsékletének mérésére, melynek ismeretében a kazán vezérlése

gazdaságosabbá tehető.

Elmondható tehát, hogy a megvalósítandó rendszer egyik fontos célja a mérési adatok

összegyűjtése. A mért értékek beérkezése után az adatokat rendszerezetten kell tárolni oly

módon, hogy azok könnyen hozzáférhetők legyenek más programok (például a fejlesztés alatt

álló szabályozó algoritmusok) számára, akár távolról is. A távoli elérés lehetővé teszi, a

szabályozások fejlesztését illetve futtatását külön dedikált számítógépeken, ami az

előreláthatóan erős exponenciális komplexitások miatt előnyösnek kínálkozik.

Amennyiben a begyűjtött mérési adatok alapján a későbbiekben elkészítendő

szabályozási megoldások már kielégítően működnek, újabb igényként jelenik meg ezeknek az

algoritmusoknak a valós környezetbe helyezése. Erre a célra egy olyan felületet kell készíteni,

melyen keresztül ezek a programok az aktuális mérési eredmények elérésén túl beavatkozó

parancsokat is ki tudnak adni, továbbá e parancsok rövid időn belüli végrehajtása garantált.

A szabályozások tesztelése során nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy az

üvegházban egész évben folyamatos termelés zajlik. A nevelt növények piaci értéke milliós

nagyságrendű, így egy hibás szabályozás okozta túlmelegedés vagy fagykár komoly

veszteséget okozhat. Talán jogosan feltételezhető, hogy az éppen tesztelés alatt álló

szabályozó eljárás működése közben elhárítja az ilyen helyzeteket. Erre az adott programban

a fejlesztőnek kell megfelelő garanciákat adnia. Azzal a problémával azonban foglalkozni

kell, hogy mi történjen, ha a magas szintű szabályozás meghibásodik (lefagy) vagy (távoli

gépen futó szabályozási algoritmus esetén) kapcsolata az üvegházi rendszerrel megszakad.

Tekintettel arra, hogy a számítógépek (és a PC-k különösen) nem megbízhatóak,

könnyen el lehet képzelni a szabályozást futtató gépen mind hardver, mind pedig szoftver

meghibásodást, melynek hatására az üvegház vezérlés nélkül marad. Ez egy tipikus nyári

reggelen – amikor az árnyékoló ernyő nem fed, illetve az ablakok sincsenek még nyitva -

órákon belül a ház túlmelegedéséhez, ezáltal pedig a növények tömeges elpusztulásához

vezethet. Az ilyen jellegű esetek elkerülése érdekében szükség van az alacsony szintű

(vész)szabályozás kidolgozására, mely a magas szint elvesztése esetén kielégítő módon

átveszi annak szerepét.

Az elkészítendő rendszer funkcionalitásával kapcsolatos elvárások tehát az alábbiakban

foglalhatók össze:

1. Rendszeres időközönként rögzítse az üvegház összes szükséges paraméterét. 2. A mérési adatokat tárolja úgy, hogy ahhoz a felhasználó illetve a magas szintű

szabályozás is kényelmesen, távolról hozzáférhessen.

3. Biztosítson felületet a magas szintű szabályozás számára, melyen keresztül az parancsokat adhat a beavatkozó szerveknek.

4. A magas szint hiánya esetén nyújtson kielégítő alacsony szintű szabályozást.

1.2.3. Az alacsony szintű szabályozás működése A megtervezendő alacsony szintű szabályozással szemben mindössze az az egyszerűnek

tűnő elvárás támasztható, hogy a házat a magas szint hibája esetén megfelelő állapotban

tartsa. Tekintettel azonban arra, hogy a magas szintet gátló (hardveres) hiba elhárítása

(például pótalkatrész beszerzése miatt) sokáig húzódhat, könnyen belátható, hogy az alacsony

szinten gyakorlatilag egy komplex, önálló szabályozásra van szükség.

1. Bevezetés 11

További érv a teljes értékű alacsony szintű szabályozás tervezése mellett, hogy a magas

szint elkészülte előtt, illetve az egyes tesztelési időszakok között is működtetni kell az

üvegházat. Ez a tény egyben pozitívum is, mivel a vész szabályozás intenzív használata (nem

vészhelyzetekben) biztosítja azt, hogy az a későbbiekben egy esetleges éles szituációban is

megfelelően fog működni.

Az alacsony szinttel kapcsolatban legalább annyi elvárás van, mint egy egyszerűbb piaci

szabályozással szemben. A működés során szükség van egy mért értékre – a továbbiakban

referencia hőmérséklet –, illetve számos paraméterre, melyek segítségével a felhasználó

specifikálhatja, hogy a referencia hőmérséklet függvényében milyen állásba kerüljön az ablak,

az ernyő és a többi beavatkozó szerv. Ez a megoldás ugyanolyan egyszerű elven működik,

mint a legtöbb piaci forgalomban kapható szabályozás.

Az alábbiakban röviden ismertetem az alacsony szintű szabályozás működési elvét az

egyes beavatkozó szervek esetén.

Ablakok: A szabályozható ablakoknak, mint említettem három lehetséges állásuk van.

Az ablakok vezérlése a következő négy hőmérséklet érték alapján történik: a 33%-ra nyitás

hőmérséklete, a 100%-ra nyitás értéke; a 33%-ra zárás szintje és végül a 0%-ra záráshoz

tartozó adat.

Árnyékoló ernyő: Hasonló megfontolások alapján az árnyékoló ernyő

hőmérsékletfüggő mozgatását a három állapot miatt szintén 4 érték határozza meg. Az

üzemeltetők kérése alapján a kezelőszemélyzet tehermentesítése érdekében az ernyők

vezérlésével kapcsolatban egy további kényelmi funkció megvalósítása is szükséges:

lehetőséget kell biztosítani egy időtartomány megadására, amíg az ernyő garantáltan árnyékol

(a továbbiakban fix árnyékolás), illetve egy másik időtartomány rögzítésére, ami alatt az

árnyékolás biztosan szünetel (fix nem árnyékolás). Az, hogy e két beállításra is igény van, jól

szemlélteti az általános szabályozási megoldások komoly hiányosságait. A fix árnyékolás

igénye a téli időszakban merül fel, amikor naplemente után (noha a hőmérséklet még nem

csökkent a beállított szint alá) a besugárzás megszűnése miatt célszerű a kisugárzott energiát

minimalizálni az ernyő árnyékoló állásba kapcsolásával. A fix nem árnyékolás funkciója

hasonló, szintén télen, napfelkelte után, amikor a belső hőmérséklet még alacsony az

árnyékolás megszüntetéséhez, ám a felkelő nap fényét már érdemes beereszteni.

Fűtés: A fűtés vezérlése során (annak két állapota miatt) két paraméter szükséges,

melyek egy egyszerű hiszterézises szabályozót határoznak meg.

Útpárásítás: Az útpárásítás intenzitásának állítása az üzemeltetők igényeit felmérve

négy lépcsőben történhet. A legalacsonyabb szinten a párásítás ki van kapcsolva. Az 1., 2. és

3. szinthez tartozik egy küszöbhőmérséklet, egy működési idő és egy várakozási idő. Például

abban az esetben, amikor a referencia hőmérséklet a 2. és 3. küszöb közötti értéket vesz fel,

akkor az útpárásítás a 2. szint működési ideje által meghatározott ideig bekapcsolt állapotban

van, majd a 2. szint várakozási idejének megfelelő ideig kikapcsolt állapotban várakozik.

Felső párásítás: Az asztali felső párásítás az útpárásítással teljesen azonos módon

működik, ám paraméterei attól függetlenül állíthatóak.

Ultrahangos párásítás: Az ultrahangos párásítás feladata, hogy a fedett asztalok

megfelelő páratartalmáról gondoskodjon. Amennyiben a mért páratartalom a megadott szint

alatt van, akkor be kell indítani az ultrahangos párásítást. Ha a páratartalom a párásítás

működése ellenére sem éri el a kívánt szintet, akkor egy megadott működési idő után a

párásítót le kell állítani. Ezt követően egy szintén adott várakozási idő letelte után lehet csak

újraindítani. A várakozási időt az út- és a felsőpárásításhoz hasonlóan három intenzitási

szinten külön-külön lehet állítani.

Asztalszellőztetés: Az asztalszellőztetés igénye az ultrahangos párásítás kifejlesztése

után merült fel, korábban ugyanis a személyzet naponta egy-két alkalommal a párásítás idején

eltávolította a fedett asztalokról a fóliát, így kicserélődhetett a fülledt levegő. Az új párásítási

módszer már nem igényel manuális beavatkozást, így az asztalok alkalmankénti

1. Bevezetés 12

szellőztetésére más módot kellett találni. A szellőztetés megvalósítására beépítésre került

asztalonként két ventillátor. A manuális szellőztetés analógiájára az asztalszellőztetést

naponta legfeljebb három alkalommal, rögzített időpontban kell bekapcsolni. Ezen kívül az

forró nyarak tapasztalatai alapján – amikor a ház belső hőmérséklete 45°C, egyes asztalok

hőmérséklete 55°C fölé melegedett – hasznos lehet az asztalokat bizonyos

időintervallumonként rendszeresen kiszellőztetni. Erre a személyzet igényeinek megfelelően a

szabályozásnak három fokozatban kell lehetőséget biztosítania: a szellőztetési idő mindig

azonos, hiszen a teljes légcsere ideje csak a ventillátorok teljesítményétől függ. A

szellőztetések közötti várakozási idő a hőmérséklet emelkedésével célszerűen csökkenthető.

Mint korábban említettem a szellőztetés hatására jelentősen leeshet az asztalok páraszintje,

ezáltal célszerű a szellőztetés után az asztali párásítást szükség esetén azonnal beindítani.

Riasztás: Igen hasznos funkcióként lehetőséget kell biztosítani arra, hogy a

felhasználók az üvegház bizonyos paramétereinek függvényében riasztást rendelhessenek el.

Jelen esetben az üzemeltetők kívánságainak megfelelően, jelezni kell a ház túlmelegedését

vagy lehűlését (egy bizonyos belső hőmérsékleti érték meghaladását), a beavatkozó szervek

meghibásodását, valamint az ultrahangos párásító egységek kiürülését.

1.3. Tervezési szintek Az első fázisban megvalósítandó rendszer bonyolultságának csökkentése érdekében

célszerű azt egymástól jól elkülöníthető szintekre bontani, majd a továbbiakban ezeket

önállóan vizsgálni.

Az 1. szint az üvegház fizikai világa. Itt kerül kiépítésre a 2. szintet alkotó, szükséges

számú érzékelő, illetve beavatkozó szervet vezérlő áramkör. Az 1. és 2. szinteket a tervezés

során, a továbbiakban adottságként kezelem, mivel a ház paraméterein nem lehetséges

változtatni, illetve a szenzor és beavatkozás vezérlő áramkörök kialakítása már korábban

megtörtént.

A 3. szinten helyezkedik el a szenzorok és beavatkozó szervek vezérlése, melynek

megvalósítása már e dolgozat tárgyát képezi. A szint feladata megfelelő interfészt képezni a

felette elhelyezkedő komponensek számára, megszabadítva azokat a szenzorok rendszeres

lekérdezésének és a beavatkozó szervek közvetlen működtetésének feladatától. Itt kerül

megvalósításra az alacsony szintű szabályozás is, ezáltal rendelkezésre állása megközelítheti a

szenzorok és beavatkozó szervek rendelkezésre állását.

1.6. ábra: Tervezési szintek

A 4. szint feladata a mérési adatok begyűjtésén és hosszú távú tárolásán túl, megfelelő

csatlakozási felület biztosítása a felette elhelyezkedő komponensek számára. Ezt célszerű

Fizikai világ (az üvegház)

Felműszerezés: szenzorok és beavatkozó szervek

Szenzor és beavatkozás vezérlés

Felhasználói felület

Adatrögzítés és tárolás

Magas szintű szabályozás

1. szint

2. szint

3. szint

4. szint

5. szint

1. Bevezetés 13

hálózati kapcsolaton keresztül távoli számítógépek felé is biztosítani. Az alacsonyabb

szintekkel kapcsolatban a cél minél jobban kihasználni a rendelkezésre álló erőforrásokat,

például több üvegház önálló harmadik szintjének együttes kiszolgálása által.

Az 5. szinten helyezkedik el a felhasználói felület, illetve a későbbiekben kifejlesztendő

magas szintű szabályozás. A felhasználói felület – az esetleges különleges helyzetektől

eltekintve – konkrét működtető funkciót nem lát el, az alatta lévő szintek tőle függetlenül

működőképesek. Hasonlóképpen a magas szintű szabályozás sem kritikus a rendszer

üzemelése szempontjából, hiszen feladatait a 3. szinten implementált alacsony szint szükség

esetén bármikor átveheti.

1.4. A második szint bemutatása

1.4.1. A szenzor modulok működése A szenzor modulok elkészítése során

1 fontos szempont volt, hogy az egyes érzékelők

viszonylag hosszú vezetékeket képesek legyenek meghajtani annak érdekében, hogy az

asztalok mozgatása során a kábelezés ne jelentsen akadályt. A vezetékek végén elhelyezett

rezisztív elven működő érzékelők pontosságát nagymértékben rontotta volna a vezetékek által

a környezetből összeszedett zavarás, így a szenzorok jelét célszerű volt már ezen a szakaszon

is digitális formában továbbítani. Annak érdekében, hogy az analóg digitális átalakítás ne

igényeljen komolyabb hardver elemeket (ezáltal minimális helyigényű és fogyasztású legyen),

illetve az adatátvitel is a legegyszerűbben történjen, a szenzor modulok a következő elven

működnek.

Minden modulhoz két rezisztív elven működő érzékelő alkatrész csatlakozik, melyek

ellenállásukat az egyes környezeti paraméterek függvényében változtatják. A mért környezeti

paraméter esetünkben hőmérséklet, páratartalom vagy megvilágítás, de a lista a későbbiek

során tetszőleges – azonos elven működő – alkatrésszel bővíthető. Az egyes szenzorok

ellenállásának függvényében egy NE556 IC négyszögjelet állít elő, melynek frekvenciája az

egyik, kitöltési tényezője a másik mért paramétertől függ. A vonal másik végén ezt a jelet

mintavételezve kiadódik egy periódusidő, illetve egy periódusonkénti kitöltési érték. Mivel a

szenzorok karakterisztikája nem lineáris, ezért a mért adatok valós paraméterekké

konvertálására nem áll rendelkezésre egy jól használható, egyszerű képlet. Képlet hiányában

konverziós táblázatokat használhatók, melyek a valódi karakterisztikát több szakaszra bontva,

lineárisan közelítik.

1.7. ábra: Mérési értékek átvitele

1 A szenzor modulok tervezése nem képezi a jelen dolgozat tárgyát, azokat már korábban mások megtervezték,

ezért csak a működési elv ismertetésére szorítkozom.

1. érzékelő ellenállása

2. érzékelő ellenállása

Periódusidő

Kitöltési tényező

NE556

Átviteli

közeg

Minta-

vételezés

1. kalibrációs táblázat

2. kalibrációs táblázat

1. mért érték

2. mért érték

1. Bevezetés 14

Az 1.2.2. fejezetben ismertetett célok eléréséhez az üvegházban a hőmérsékletet 23, a

páratartalmat 19, a megvilágítást pedig 2 érzékelő segítségével szükséges mérni.

1.4.2. A beavatkozó szervek vezérlése A beavatkozó szerveket működtető motorok illetve vezérelhető szelepek általában

230V-os hálózati feszültségről működnek. Ezek vezérlését 12V-al kapcsolható relék látják el,

melyek optocsatolókon keresztül teljesen el vannak szigetelve a rendszer többi részétől. Az

optocsatolók bemenetére bármilyen TTL kimenet ráköthető, így ezek kényelmesen

vezérelhetőek például egy mikrokontroller általános digitális kimenetéről.

2. A harmadik szint tervezése 15

2. A harmadik szint tervezése

2.1. Bevezetés A 1.6. ábrán látható harmadik szint az első olyan téma, melynek tervezését e dolgozat

tárgyalja. A közvetlenül alatta fekvő felműszerezés biztosítja a házban elhelyezett szenzor

modulokat, melyek a 1.4. fejezetben ismertetett módon elérhetővé teszik a házban mérhető

környezeti paramétereket, illetve működtetik a beavatkozó szerveket.

A harmadik szint önálló (külső hatásoktól függetlenül ellátandó) feladatai a

következőkben foglalhatóak össze:

1. Rendszeresen mintavételezze a szenzor modulok kimenetét. 2. Határozza meg a mért fizikai paramétereket a konverziós táblázatok segítségével. 3. Továbbítsa a mért értékeket az alacsony szintű szabályozó algoritmus felé. 4. Futtassa az alacsony szintű szabályozást. 5. Hajtsa végre az alacsony szintű szabályozás beavatkozási döntéseit. Az önálló feladatokon túl, a magasabb szintek kiszolgálására az alábbi funkciók

megvalósítása szükséges:

1. A magasabb szint kérése esetén továbbítani kell a friss mérési adatokat, és a beavatkozó szervek aktuális állását.

2. A magasabb szinttől érkező konfigurációs paramétereket tárolni kell, hogy azokat az alacsony szintű szabályozás működése során felhasználhassa.

3. A magasabb szinttől (közvetetten a felhasználótól vagy a magas szintű szabályozástól) érkező beavatkozási parancsokat végre kell hajtani.

2.2. Topológia

2.2.1. A topológia hatása a tervezésre A mérési adatok begyűjtését végző harmadik szint felépítésének tervezése során

figyelembe kell venni a tesztelésre használt üvegház fizikai adottságait, belső felépítését ,

mivel az üvegház topológiája alapvetően meghatározhatja a létrehozandó rendszer felépítését.

A 2.1. ábra az üvegház belső szerkezetét mutatja, jelölve az egyes helyeken mérendő

környezeti paramétereket.

A kísérleti rendszer telepítésére kiválasztott üvegház szélessége 6,5 méter, hosszúsága

15 méter. A 2.1. ábrán látható a 18 asztal elhelyezkedése. Az asztalok között mindenhol

betonlapokkal fedett út vezet, alattuk pedig kavics borítja a talajt. Az asztalok szinte teljesen

kitöltik a rendelkezésre álló teret: a rövidebb oldaluk mentén, középen egy állandó út vezet,

míg a hosszabb oldaluk mentén egy-egy útnak van hely, mely az asztalok kis mértékű jobbra-

balra gördítésével tetszőleges két asztal közé áthelyezhető. Az ultrahangos párásító egységek

teljesítménye két asztal ellátására elég, így ezek – és az ultrahangos párásítással szorosan

összefüggő asztalszellőztetés – vezérlése kétasztalonként közösen került kiépítésre. Az ábrán

szintén látható a ház beavatkozó szerveinek vezérlési pontja, a kapcsolószekrény (az ábrán

Ctrl doboz), valamint a számítógép számára előkészített hely is (PC doboz).

A rendszer tervezése során két megvalósítási alternatíva közül kell választani: az

elkészítendő rendszer lehet centralizált vagy decentralizált. A két lehetséges megvalósítás

összehasonlítása előtt tekintsük át az adatátvitel lehetséges alternatíváit: az átvitel lehet

vezetékes, vagy vezeték nélküli. Előbbi esetben komoly költséget jelenthet a kábelezés

kiépítése, mivel a vezetékek megfelelő rögzítésére csak az üvegház falai mentén van

lehetőség.


2.1. ábra: Mérendő paraméterek az üvegházban

Rádiós adatátvitel esetén nincs probléma a kábelezéssel, valamint annak költségével,

azonban számos egyéb körülményt is figyelembe kell venni:

1. A vezeték nélküli kommunikációt megvalósító IC-k nagy mennyiségben komoly költséget jelentenek (egy vezetékes buszillesztő IC árának legalább négyszeresébe

kerülnek [10]).

2. A rádiós átvitel működtetéséhez külön mikrokontroller kell mind a 34 egységhez (szintén komoly költségtényező).

3. Az egységek tápellátása csak elemek segítségével oldható meg, melyeket rendszeresen cserélni kell. Amennyiben elemek helyett minden egység vezetéken

keresztül kapja meg a tápfeszültségét, akkor néhány érrel többet használva

(minimális további költség árán) megvalósítható a vezetékes átvitel.

4. Több egymás mellé (de külön üvegházakba) telepített rendszer zavarja egymást. A rádiós átvitellel szemben a vezetékes megvalósítás során a fenti negatívumok nem

jelentkeznek, sőt az adatátviteli vezetékek mellett az egyes alkatrészek tápellátásáról is

egyetlen, több eres vezeték gondoskodni képes. Mindezen körülményeket figyelembe véve a

rádiós kommunikáció lehetőségét nem tartom reálisnak, így a továbbiakban csak a vezetékes

átvitelre épülő alternatívákat vizsgálok.

2.2.2. Centralizált rendszer alternatíva Első lehetőségként egy centralizált megoldás merülhet fel, amikor a PC

megbízhatóságának növelésére és a beavatkozó szervek felé a kényelmes illesztési felület

kialakításának érdekében egy mikrokontrollert alkalmazok. A mikrokontroller a PC-vel soros

porton kommunikál. Ebben az esetben minden szenzor modult és vezérlőegységet közvetlenül

ehhez a kontrollerhez kell kapcsolni.

A megoldás előnyeként a centralizált rendszerek minden jó tulajdonsága elmondható:

egyetlen hardver eszközt kell építeni; nincs szükség kommunikációs alrendszerre; egyetlen


programot kell írni, mely minden feladatot ellát, így a fejlesztés és a hibakeresés is viszonylag

egyszerűnek mondható.

A megoldás óriási hátránya, hogy komoly kábelezést igényel. Amennyiben csak a

szenzor modulokat, valamint a ventilátor és ultrahangos párásítás vezérlő egységeket

tekintem, akkor a központi egységhez kapcsolás 250 méternél is több kábelt igényelne. Jól

látható, hogy ennek egyik fő oka az, hogy az asztalokon begyűjtött adatokat a központi

egységnek kell feldolgozásra továbbítani, mely ezután a beavatkozási döntést visszaküldi az

asztalokhoz. A probléma tükrében magától adódik az ötlet, hogy a lokális adatokra

támaszkodó lokális jellegű döntéseket ki kellene helyezni az asztalok közelébe. Ez a

megközelítés egy elosztott megoldáshoz vezet.

2.2.3. Elosztott rendszer alternatíva Ennek a megoldásnak fő előnye, hogy jóval kevesebb vezeték szükséges hozzá

(előreláthatólag legfeljebb 60 m), azonban számos hátránya is van a centralizált megoldáshoz

képest:

1. Több hardver egységet kell tervezni. 2. A különböző típusú egységekre különböző programokat kell készíteni. 3. Szükség van egy hálózati (hardver és szoftver) alrendszer tervezésére az egységek

közötti kommunikáció megvalósításához.

4. A bonyolultabb rendszerben a több egység nagyobb meghibásodási kockázatot hordoz magában.

A hátrányok mellett előnyként lehet megjegyezni, hogy a feladatok elosztása által a

rendszer egyes részeinek kiesése esetén a többi komponens még működésben tarthatja a

hozzájuk kapcsolt beavatkozó szerveket. (Centralizált rendszer esetén az egyetlen kontroller

meghibásodása a teljes rendszer leállását okozza, míg az elosztott megoldás esetén bizonyos

fontos funkciók – mint az ultrahangos párásítás és az asztalok szellőztetése – továbbra is

működőképesek maradnak.)

Összességében a hátrányok ellenére az elosztott megoldással a kábelezésen jelentős

összegeket lehet megtakarítani, illetve a megbízhatósági szempontból előnyős, részleges

működőképesség lehetősége miatt, végül ez az alternatíva kerül megvalósításra.

2.3 Logikai rendszerterv

2.3.1. Feladatok Az elosztott rendszer komponenseinek meghatározásához először ismerni kell az egyes

ellátandó feladatokat, melyek a következők:

1. Az asztali szenzor modulok lekérdezése. 2. A nem asztali szenzor modulok lekérdezése. 3. Az asztali ventilátorok és ultrahangos párásítás vezérlése. 4. A globális beavatkozó szervek (ablakok, árnyékolás, fűtés, útpárásítás és felső

párásítás) vezérlése.

5. Az alacsony szintű szabályozó algoritmus futtatása. 6. Kommunikáció a PC-vel, a magasabb szintek kiszolgálása. A feladatokat célszerű az ellátási helyük alapján csoportosítani, így háromféle egység

körvonalazódik. Ezen egységek központi eleme minden esetben egy megfelelően

megválasztott mikrokontroller, mely bemenetein a környezet állapotáról gyűjt információkat,

kimenetein pedig a beavatkozó szervek vezérléséről gondoskodik.


2.3.2. PC illesztő, alacsony szinten szabályozó egység (SMART) A PC közelében kell elhelyezni azt az illesztő egységet, mely a PC-ről érkező

konfigurációs paramétereket és beavatkozó parancsokat a többi egység számára továbbítja. Ez

a feladat előreláthatólag nem jelent komoly terhelést az adott kontrollernek, így célszerű az

alacsony szintű szabályozási algoritmust is ezen az egységen futtatni. E megoldás mellett szól

az is, hogy így a rendszer többi része számára láthatatlan, hogy a kapott parancsokat éppen a

magas szint, a felhasználó vagy az alacsony szintű szabályozás adta ki. Ennek előnye, hogy az

alacsony szintű szabályozás tesztelése után, ha minden egység megfelelően működött a

rendszerben, akkor az intelligens szabályozás futtatása esetén sem lehetnek már problémák

ezen a szinten a vezérlési parancsok továbbítási és végrehajtási mechanizmusaiban.

Az eszköz központi egységével, a mikrokontrollerrel kapcsolatban az alábbi elvárásaim

vannak:

1. Rendelkezzen megfelelően nagy programmemóriával és számítási teljesítménnyel az alacsony szintű szabályozó algoritmus működtetéséhez.

2. Biztosítson kapcsolódási felületet mind a PC, mind pedig a többi egység felé. 3. Rendelkezzen megfelelően nagy, nem felejtő adatmemóriával az alacsony szintű

szabályozás paramétereinek tárolására. (A paramétereknek a tápfeszültség időleges

elvesztése, majd visszatérése után is elérhetőnek kell lenniük, mivel így a rendszer a

feszültség visszatérése után a PC újraindulásától függetlenül, azonnal működésbe

léphet).

Tekintettel arra, hogy ez az egység nem kapcsolódik közvetlenül sem szenzor

modulokhoz, sem pedig beavatkozó szervekhez, így a be- és kimeneti portokkal szemben

nincsenek elvárások. Látható, hogy a komponensek által ellátandó, az előző fejezetben

említett feladatok közül ez az egység az ötödik és hatodik pontokért felelős. A továbbiakban a

mikrokontrolleres egységekre a könnyű azonosítás érdekében egy-egy saját névvel

hivatkozom majd. Feladatainak jellege alapján a PC illesztő egység a SMART nevet kapta.

2.3.3. Az asztalokat vezérlő egység (SENSOR2)

Az ilyen típusú egységek hivatottak a felesleges kábelezést kiküszöbölni azáltal, hogy a

szenzor moduloktól érkező adatokat feldolgozzák, továbbítják a SMART felé, illetve a helyi

beavatkozási döntéseket meghozzák. Az ultrahangos párásítás működtetése kizárólag az

asztalokon mért páratartalom függvénye, így az ezzel kapcsolatos döntések helyben is

meghozhatóak, amennyiben a felhasználótól származó konfigurációs paraméterek lokálisan

elérhetők. Szintén célszerű a vezérlési pontok közelségére tekintettel az asztali ventillátorok

vezérlését is ezekre az egységekre bízni.

Az itt alkalmazandó mikrokontrollerrel kapcsolatban az alábbi elvárások támaszthatóak:

1. Rendelkezzen megfelelően nagy programmemóriával és számítási teljesítménnyel a szenzor moduloktól érkező adatok értelmezésére (a konverziós táblázatok alapján),

illetve a ventillátorok és az ultrahangos párásítás lokális vezérlésére.

2. Biztosítson kapcsolódási felületet a SMART felé. 3. Rendelkezzen kellően nagy, nem felejtő adatmemóriával a konverziós táblázatok

illetve a ventillátorok és az ultrahangos párásítás szabályozási paramétereinek

tárolására.

2 Az alkalmazott terminológia: A szenzor alkatrész a hőmérséklet, páratartalom vagy megvilágítás függvényében

ellenállását változtató alkatrész. A szenzor modul két szenzoralkatrészt és egy NE556 IC-t tartalmazó egység,

mely a szenzor alkatrészek aktuális ellenállásának függvényében különböző frekvenciájú és kitöltésű

négyszögjelet képes előállítani. A szenzor vezérlő egység, más néven SENSOR az a mikrokontrolleres egység,

melyhez a szenzor modulok csatlakoznak. Feladata többek közt a mért fizikai paraméter értékek visszaállítása a

négyszögjel alapján, illetve továbbítása a buszon keresztül a SMART vagy közvetetten a PC felé.


4. Biztosítson megfelelő számú be- és kimeneti portot a szenzor modulok, illetve a vezérlő áramkörök felé.

A szenzorillesztő modul a korábbiakban specifikált öt feladat közül az elsőt és a

harmadikat látja el. Ebből a modulból értelemszerűen több darabra lesz szükség.

Legegyszerűbb megoldásként felmerülhet, hogy minden két asztalhoz – melyek vezérlése

úgyis közös az együtt használt ultrahangos párásító egység miatt – tartozzon egy ilyen egység.

Az egyes alkatrészek árát figyelembe véve azonban, nem feltétlenül ez lesz az optimális

megoldás.

2.3.4. Nem asztali szenzorok és beavatkozó szervek vezérlője (STRONG) A feladatlistából már csak a második és a negyedik pont maradt ki, mely feladatok a

STRONG-ra hárulnak. Ezt az egységet célszerű az üvegház szintű beavatkozó szervek vezérlési

helyének közelébe elhelyezni, mivel így a vezérlő jeleket nem kell messzire vezetni. A

STRONG-hoz tartozó szenzor modulok (a második, harmadik illetve negyedik zóna érzékelői)

a ház területén viszonylag szétszórtan helyezkednek el, így az ezekhez szükséges hosszú

kábelezést semmiképpen nem lehet megtakarítani.

A felhasznált mikrokontrollerrel kapcsolatos elvárások az alábbiak:

1. Rendelkezzen megfelelően nagy programmemóriával és számítási teljesítménnyel a szenzor moduloktól érkező adatok értelmezésére (a konverziós táblázatok alapján).

2. Biztosítson kapcsolódási felületet a SMART felé. 3. Rendelkezzen kellően nagy, nem felejtő adatmemóriával a konverziós táblázatok

számára.

4. Biztosítson megfelelő számú be- és kimeneti portot a szenzor modulok, és a vezérlő áramkörök felé.

Ezzel az egységgel az összes feladatot sikerült kiosztani az elosztott rendszer egy-egy

komponense között, így további modulokra nincs szükség.

2.3.5. Kommunikáció Egyetlen fontos, nyitott kérdés maradt még: a kommunikáció az egységek között. A

hálózatnak az alkalmazott SENSOR modulok számától függően 4-11 egység között kell

kapcsolatot biztosítania. A kapcsolat jellegét a különböző típusú egységek között az alábbi

ábra mutatja.

2.2. ábra: A modulok kapcsolatai

SMART

(adatgyűjtés,

alacsony

szintű

szabályozás,

a PC

kiszolgálása)

STRONG

(globális

beavatkozók

vezérlése, mérés)

SENSOR 1

(mérés, párásítás,

szellőztetés)

SENSOR n

(mérés, párásítás,

szellőztetés)

.

.

.

PC

(adatrögzítés és magas szintű szabályozás)


Jól látható, hogy a STRONG és a SENSOR egységek egymással közvetlenül nem

kommunikálnak. A SMART a STRONG-nak parancsokat, vagy konverziós táblázatokat küldhet,

illetve lekérheti annak pillanatnyi állapotát, mért értékeit. A SENSOR egységeknek a SMART

szintén küldhet parancsokat, konverziós táblázatokat és vezérlési paramétereket (például az

ultrahangos párásító működtetéséhez). Ezen túl lekérdezheti az aktuális mérési eredményeket

és a beavatkozó szervek állását (pontosabban ez esetben – a párásítás illetve a ventillátorok –

működési időit a legutóbbi lekérdezés óta).

Az előbbiek alapján, illetve az ábrán is jól látható, hogy a kommunikáció

kezdeményezője minden esetben a SMART: ő küld konfigurációt vagy parancsot, illetve kér

mérési eredményeket vagy beavatkozó szerv állapotot. Ebből következően a kommunikációt

célszerű egyszerű, master-slave elven megvalósítani, ahol a master egység a SMART. Ez a

megoldás számos olyan problémát kizár, ami a véletlen hozzáférésű kommunikációs közegek

esetében – például a közeghozzáféréssel kapcsolatban – felmerülhetne, így nagyban

egyszerűsíti a megvalósítást a funkcionalitás korlátozása nélkül.

Az üvegház topológiájának ismeretében (2.1. ábra), a 2.2. fejezet megfontolásai alapján

célszerű a vezetékes adatátvitelt egy buszon keresztül megvalósítani, mely a ház falán fut

végig. A busz vezetésére két lehetőség kínálkozik: az első alternatíva az, hogy a busz egyik

végén a SMART, másik végén a STRONG helyezkedik el, tehát az asztalokat a 18-tól az 1-es

felé veszi körbe. A másik lehetőség választásával minimálisan csökkenthető a busz hossza

úgy, hogy az a 11-től a 10 irányába haladna. A két busz vezetési lehetőséget a 2.3. ábra

szemlélteti.

2.3. ábra: Lehetséges busz vezetési megoldások

Az első megoldás mellett szól, hogy a SMART és STRONG egységek egyediek, míg a

SENSOR egységekből több példányt is készíteni kell. Amennyiben a busz két végpontján

valamilyen speciális alkatrészre (tipikusan lezáró ellenállásra) van szükség, akkor azt az

egyedi egységekbe könnyen be lehet építeni. Ezzel szemben a SENSOR egységek esetén

módosított változatokat kellene tervezni erre a feladatra, ebből kifolyólag az 1. alternatíva

kerül megvalósításra.

2.4. Fizikai rendszerterv A logikai rendszertervben összefoglaltam a harmadik szint feladatait, illetve vázoltam az

ezeket ellátó három egységet. A következőkben az eszközök konkrét tervezését mutatom be.

Ezt megelőzően azonban néhány alapvető döntést kell meghozni a kommunikációs hálózattal,

illetve az alkalmazott mikrokontrollerekkel kapcsolatban.

Adatgyűjtő és vezérlő rendszer tervezése intelligens...

Documents

Transcript of Adatgyűjtő és vezérlő rendszer tervezése intelligens...