Modeling of systems and processes Modeling of systems and processes Моделирование систем и процессов 2219-0767 96443 10.12737/2219-0767-2025-59-70 Технические науки Технические науки Intelligent building management and smart home divisions Интеллектуальное управление зданием и подразделениями «умного дома» Поляков Сергей Иванович Polyakov Sergey Ivanovich Акимов Валерий Иванович Akimov V. I. Полуказаков Алексей Викторович Polukazakov A. V. Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Воронежский государственный технический университет Voronezh State Technical University 21 05 2025 21 05 2025 18 1 59 70 20 03 2025 20 03 2025 https://zh-szf.ru/en/nauka/article/96443/view

В статье разрабатывается и реализуется управление виртуальными объектами «умного дома». Программное обеспечение создается на основе релейно-контактных схем (лестничных диаграмм). Приводятся проектные разработки на уровне структурных схем управления уровнем жидкости в резервуаре. Кроме этого, программа управления уровнем жидкости выполнена на базе микроконтроллера MCS – 51 на языке Ассемблер, для этого приведена структурная схема контура автоматического управления уровнем жидкости. Особое внимание уделялось управлению котельным агрегатом, его работе в режиме эквитермного регулирования. Для этой цели проведено подключение к системе управления котлом подобного регулятора. Рассматривается одноконтурное регулирование давления в котле по сравнению с каскадным способом управления. Эффект от такого способа управления очевиден особенно для высоко инерционных объектов. Для обеспечения безопасного управления «умным домом» предложен «газовый контроль» на базе типовых датчиков обнаружения дыма. Решены вопросы подключения датчиков к контроллеру, вывода параметров измеренных величин на видеомонитор, дистанционной передачи параметров измеренных величин на смартфон.

The article develops and implements the management of virtual objects of a "smart home": an indoor space to ensure its safe operation, a boiler unit with weather-dependent regulation, and a reservoir with an adjustable liquid level. Software for such objects is created on the basis of relay-contact circuits (ladder diagrams). Design developments in the form of structural schemes for controlling the liquid level in the tank are presented. The presented level control program is based on the MCS – 51 microcontroller in Assembly language, for this purpose a block diagram of the automatic tank control circuit is provided. Special attention was paid to the control of the boiler unit, its operation in the mode of equithermal regulation. For this purpose, a similar regulator has been connected to the boiler control system. A cascade control method for a boiler unit is considered and analyzed in comparison with traditional single-circuit pressure control in a boiler. The control provides for stabilization of the temperature inside the furnace, followed by correction from the external pressure control circuit at the outlet of the boiler. The effect of this control method is obvious especially for thermal highly inertial objects. To ensure the safe operation of the interior of a smart home, a "gas control" based on typical smoke detection sensors has been proposed. The issues of connecting sensors to the controller, displaying the parameters of the measured values on a video monitor, as well as remote transmission of the parameters of the measured values to a smartphone have been resolved.

 инновация котел эквитермное регулирование газовый контроль язык лестничных диаграмм каскадное управление стенд виртуальная модель структура уровень. innovation boiler equithermal regulation gas control ladder diagram language cascade control stand virtual model structure level.

Волкогонов В. Н. и др. Применение физически неклонируемых функций для выполнения аутентификации в среде интернета вещей // Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании. – 2021. – С. 409-414. Volkogonov V. N. and others. The use of physically non-cloned functions to perform authentication in the Internet of Things environment // Actual problems of information telecommunications in science and education. - 2021. – pp. 409-414. Гельфанд А. М. и др. Оценка рисков и угроз безопасности в среде «умный дом» //Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании (АПИНО 2020). – 2020. – С. 316-321. Gelfand A.M. and others. Assessment of risks and threats to security in the smart home environment //Actual problems of telecommunications in science and education (APINO 2020). 2020. – pp. 316-321. Krasov A. Using mathematical forecasting methods to estimate the load on the computing power of the IoT network // The 4th International Conference on Future Networks and Distributed Systems (ICFNDS). – 2020. – pp. 1-6. Krasov A. Using mathematical forecasting methods to estimate the load on the computing power of the IoT network // The 4th International Conference on Future Networks and Distributed Systems (ICFNDS). – 2020. – pp. 1-6. Pira, S. The social issues of smart home: a review of four European cities’ experiences. Eur J Futures Res 9, 3. –2021. https://doi.org/10.1186/s40309-021-00173-4. Pira, S. The social issues of smart home: a review of four European cities’ experiences. Eur J Futures Res 9, 3. –2021. https://doi.org/10.1186/s40309-021-00173-4. Провалихин С. Современные адаптивные системы в умном доме / С. Провалихин // Международный научно-исследовательский журнал. – 2024. – №1 (139) . – URL: https: // research - journal.org / archive /1-139-2024-january/10.23670/IRJ.2024.139.162 – DOI: 10.23670/ IRJ.2024.139.162. Provalikhin S. Modern adaptive systems in smart homes / S. Provalikhin // International Scientific Research Journal. – 2024. – №1 (139) . – URL: https: // research - journal.org / archive /1-139-2024-january/10.23670/IRJ.2024.139.162 – DOI: 10.23670/IRJ.2024.139.162. Gaevskaya, Z. Smart city of the 22 century: a closing circle / Z Gaevskaya., S. Mityagin // Project Baikal. – 2021. – Vol. 18. – No 65. – pp. 12-16. Gaevskaya, Z. Smart city of the 22 century: a closing circle / Z Gaevskaya., S. Mityagin // Project Baikal. – 2021. – Vol. 18. – No 65. – pp. 12-16. – 2021. – Vol. 18. – No. 65. – pp. 12-16. Кулаченко И. А. Преимущества и недостатки умного дома / И. А. Кулаченко // Научно-исследовательские публикации. 2022. № 1. С. 15-17. Kulachenko I. A. Advantages and disadvantages of a smart home / I. A. Kulachenko // Scientific research publications. 2022. No. 1. pp. 15-17. Яковлев И. А. Будущее наступило: умные системы в каждом доме // 2023. №11 (109). URL: https: // scilead.ru /article/4166 - budushchee - nastupilo - umnie - sistemi - v -kazhdom-dome. Yakovlev I. A. The future has arrived: smart systems in every home // 2023. №11 (109). URL: https: // scilead.ru /article/4166 - budushchee - nastupilo - umnie - sistemi-v-kazhdom-dome. Черняк, А. А. Система «Умный дом» / А. А. Черняк. –Текст : непосредственный // Молодой ученый. – 2020. – № 52 (342). – С. 51-53. - URL: https: // moluch.ru / archive /342/77055. Chernyak, A. A. The Smart House system / A. A. Chernyak. –Text : direct // Young scientist. – 2020. – № 52 (342). – pp. 51-53. - URL: http: // moluch.ru / archive /342/77055. Мельник О. Н. Умный дом: возможности и технология / О. Н. Мельник // Вестник Российского нового университета. Серия: Сложные системы: модели, анализ и управление. 2021. № 4. С. 115-118. – DOI: 10.18137/ RNU.V9187.21.04.P.115. Melnik O. N. Smart Home: opportunities and technology / O. N. Melnik // Bulletin of the Russian New University. Series: Complex systems: models, analysis and management. 2021. No 4. pp. 115-118. – DOI: 10.18137 / RNU. V9187. 21.04.P.115. Самодолов А. П. Особенности развития «Умных домов» в России / А. П. Самодолов, О. А. Самодолова, Е. В. Николаенко // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2021. Т. 21, № 2. С. 78-84. – DOI: 10. 14529 / build 210208. Samodolov A. P. Features of the development of "Smart homes" in Russia / A. P. Samodolov, O. A. Samodolova, E. V. Nikolaenko // Bulletin of the South Ural State University. Series: Construction and Architecture. 2021. Vol. 21, No 2. pp. 78-84. – DOI: 10.14529/build210208. Комарова С.А. Разработка CRM для обучения на симуляторе биржи школьников и студентов // Том 60. Международный банковский институт имени Анатолия Собчака. Санкт-Петербург, 2022 Издательство: Международный банковский институт имени Анатолия Собчака. Komarova S.A. CRM development for training on the exchange simulator for schoolchildren and students // Volume 60. Anatoly Sobchak International Banking Institute. Saint Petersburg, 2022 Publisher: Anatoly Sobchak International Banking Institute. Apraksina О.N. Representation of the concept «Smart House/Smart Home» in the English language picture of the world // «The world of science Without borders» Proceedings of the 8th International Scientific and Practical Conference of Young Researchers. Tambov, 2021. – pp. 342-346. Apraksina O.N. Representation of the concept «Smart House/Smart Home» in the English language picture of the world // «The world of science Without borders» Proceedings of the 8th International Scientific and Practical Conference of Young Researchers. Tambov, 2021. – pp. 342-346. Сахаров Д. В. и др. Использование математических методов прогнозирования для оценки нагрузки на вычислительную мощность IOT-сети // Научно-аналитический журнал «Вестник Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России». – 2020. – № 2. – С. 86-94. Sakharov D. V. and others. The use of mathematical forecasting methods to assess the load on the computing power of the IOT network // Scientific and Analytical Journal "Bulletin of the St. Petersburg University of the State Fire Service of the Ministry of Emergency Situations of Russia". – 2020. – No 2. – pp. 86-94. Desyatirikova E.N., Akimov V.I., Polukazakov A.V., Polyakov S.I., Mager V.E. Development, modeling and research of automation systems for «smart» heating of a residential building / Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021. – pp. 849-854. Desyatirikova E.N., Akimov V.I., Polukazakov A.V., Polyakov S.I., Mager V.E. Development, modeling and research of automation systems for «smart» heating of a residential building / Proceedings of the 2021 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElConRus 2021. – pp. 849-854. Akimov V.I., Polyakov S.I., Polukazakov A.V. Software life management systems for «smart» residential houses / Proceedings – 2020 International Russian Automation Conference, RusAutoCon 2020. – pp. 267-272. Akimov V.I., Polyakov S.I., Polukazakov A.V. Software life management systems for «smart» residential houses / Proceedings – 2020 International Russian Automation Conference, RusAutoCon 2020. – pp. 267-272. Akimov V.I., Polyakov S.I., Polukazakov A.V. Desing and development of cascade heating control for a «smart» residential housing / Proceedings – 2020 International Russian Automation Conference, RusAutoCon 2020. – pp. 42-48. Akimov V.I., Polyakov S.I., Polukazakov A.V. Desing and development of cascade heating control for a «smart» residential housing / Proceedings – 2020 International Russian Automation Conference, RusAutoCon 2020. – pp. 42-48. Rock, L.Y., Tajudeen, F.P. & Chung, Y.W. Usage and impact of the internet-of-things-based smart home technology: a quality-of-life perspective. Univ Access Inf Soc 23, 345–364. – 2024. https: // doi.org/10.1007/s10209-022-00937-0. Rock, L.Y., Tajudeen, F.P. & Chung, Y.W. Usage and impact of the internet-of-things-based smart home technology: a quality-of-life perspective. Univ Access Inf Soc 23, 345–364. – 2024. https: // doi.org/10.1007/s10209-022-00937-0. Rihab Fahd Al-Mutawa and Fathy Albouraey Eassa «A Smart Home System based on Internet of Things» International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), 11(2), 2020. Rihab Fahd Al-Mutawa and Fathy Albouraey Eassa «A Smart Home System based on Internet of Things» International Journal of Advanced Computer Science and Applications (IJACSA), 11(2), 2020. Засыпкин Д.С., Белов Ю.С. Архитектура системы «управления умным домом» // Научное обозрение. Технические науки. – 2022. – № 2. – С. 10-15. Zasypkin D.S., Belov Yu.S. Architecture of the smart home management system // Scientific Review. Technical sciences. – 2022. – No 2. – pp. 10-15. Akimov V.I., Desyatirikova E.N., Polukazakov A.V., Polyakov S.I., Mager V.E. Development and research of a smart home heating control system / Proceedings of the 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, EIConRus 2020. – pp. 574-580. Akimov V.I., Desyatirikova E.N., Polukazakov A.V., Polyakov S.I., Mager V.E. Development and research of a smart home heating control system / Proceedings of the 2020 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, EIConRus 2020. – pp. 574-580. Rasha El-Azab, Smart homes: potentials and challenges, Clean Energy, Volume 5, Issue 2, June 2021, Pages 302-315, https://doi.org/10.1093/ce/zkab010. Rasha El-Azab, Smart homes: potentials and challenges, Clean Energy, Volume 5, Issue 2, June 2021, Pages 302-315, https://doi.org/10.1093/ce/zkab010. Система управления «Умного дома» в рамках концепции «Интернета вещей» / Р.И. Васфиев, Ю.С. Орешникова , И.М. Сафаров / Инженерный вестник Дона, № 6. 2021. – DOI: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n5y2021/7058. The Smart Home control system within the framework of the Internet of Things concept / R.I. Vasfiev, Y.S. Oreshnikova, I.M. Safarov / Engineering Bulletin of the Don, No 6. 2021. – DOI: ivdon.ru / ru / magazine / archive / n5y2021/7058. A. J. Brush, J. Albrecht and R. Miller «Smart Homes» in IEEE Pervasive Computing, vol. 19, no. 2, pp. 69-73, 1 April-June 2020, doi: 10.1109/MPRV.2020.2977739. A. J. Brush, J. Albrecht and R. Miller «Smart Homes» in IEEE Pervasive Computing, vol. 19, no. 2, pp. 69-73, 1 April-June 2020, doi: 10.1109/MPRV.2020.2977739. Федоров Н. А. Разработка элементов Системы «Умный дом» / Н. А. Федоров, И. А. Бархатова // Системный анализ в науке и образовании. 2021. № 2. С. 32-42. Fedorov N. A. Development of elements of the Smart Home System / N. A. Fedorov, I. A. Barkhatova // System analysis in science and education. 2021. No 2. pp. 32-42. Salosin, A. The effectiveness of the smart office system / A. Salosin, O. Gamayunova, A. Mottaeva // In the collection: Journal of Physics: Conference Series. Serie «International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies». – 2020. – pp. 12-28. Salosin, A. The effectiveness of the smart office system / A. Salosin, O. Gamayunova, A. Mottaeva // In the collection: Journal of Physics: Conference Series. Serie «International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies». – 2020. – pp. 12-28.