www.referat.ro ‘ Sistem de monitorizare şi control în domeniul “locuintelor inteligente” Propusă de Departamentul Electronică, Telecomunicaţii şi Inginerie Electrică 1 Lista Figuri Figura 1 Monitor LCD..................................................................................................................... Figura 2.DVD Player..................................................................................................................... Figura 3.PDA (Personal Digital Assistant).................................................................................... Figura 4.Sistem „Home Entertainment”........................................................................................ Figura 5.Strategia Multiple-Barier................................................................................................ Figura 6. Schema funcţională a unui traductor.............................................................................. Figura 7. Diagarama conversiei de energie................................................................................... Figura 8.Variaţia în timp a purtătorilor de sarcina la iluminare..................................................... Figura 9.Relaxarea concentraţiei purtătorilor de sarcină în cazul iluminării semiconductorului cu impulsuri dreptunghiulare de lumină......................................................... Figura 10.Caracteristică rezistenta- iluminare a unei fotorezistenţe............................................. Figura 11. Caracteristică de răspuns spectral pentru diverse tipuri de fotorezistenţe.................... Figura 12. Varianata constructivă a unei fotorezistenţe................................................................. Figura 13. Exemple de fotorezistenţe............................................................................................ Figura 14. Dioda şi Tranzistorul bipolar folosiţi ca senzori pentru temperatura........................... Figura 15. Senzor de temperatură cu sensibilitatea de 10mV/K................................................... Figura 16. Caracteristică de transfer V= f (T) a senzorului LM335.............................................. Figura 17. Conexiunile circuitului LM 335................................................................................... Figura 18. Schema bloc MPX........................................................................................................ Figura 19. Senzorii MPX............................................................................................................... Figura 20. Structura senzorului MPX 5500................................................................................... 2 Figura 21. Unghiul de vizibilitate al unui senzor de prezenţa....................................................... Figura 22. Schema bloc a unui senzor de prezenţa........................................................................ Figura 23. Principiul de detecţie PIR............................................................................................. Figura 24. Poziţionarea lentilei Fresnel......................................................................................... Figura 25. Sensibilitatea la CO2..................................................................................................... Figura 26. Semnalul aşteptat de la detector pentru o tranziţie logică a semnalului de comandă a lămpii........................................................................................................................... Figura 27.exemplu de acoperire totală a setării senzorilor............................................................ Figura 28. Stările senzorului.......................................................................................................... Figura 29. Forma funcţiei de scor.................................................................................................. Figura 30. variaţia de prelucrare a timpului în funcţie de numărul senzorilor.............................. Figura 31. Durata de viaţă a reţelei în funcţie de lambda pentru prima configurare..................... Figura 32. Durata de viaţă a reţelei în funcţie de lambda pentru a doua configurare.................... Figura 33. Durata de viaţă a reţelei în funcţie de lambda pentru a treia configurare.................... Lista tabele Tabel 1.Parametrii de confort pentru clădiri civile........................................................................ Tabel 2.Căldura degajată de corpul uman în funcţie de tipul de activitate.................................... Tabel 3.Nivelul de iluminare în funcţie de destinaţia încăperii,în comparaţie cu lumina naturală.......................................................................................................................................... Tabel 4.Nivelul de zgomot exterior admisibil............................................................................... Tabel 5. Configuraţiile de reţea luate în calcul la măsurători........................................................ 3 .............................................................................................................................................................3 Confortul fonic....1......................................................................... Capitol 2................................................................................................. 1...................... 3.......................................2 Confortul vizual.......................................... Capitol 4.......................................... 1......4 Sisteme electronice pentru case inteligente………………………………………………......................3 Entertainment................................................................................................................1 Senzori fotorezistivi........................................ 3........................... 2.................... 4........................................................................... Istoric şi perspective.................................................................................................................................CUPRINS Capitol 1........................................................................................................................5 Tehnologia unei locuinţe inteligente................................................... CALITATEA ŞI SECURITATEA MEDIULUI INTERIOR/EXTERIOR.. Confortul termic......................................................................................................................................1 Noţiuni generale despre sistemele de securitate............2 Elemente de senzoristica şi măsurători........................................ 1.................................................................................... 2................................................................................ SECURITATE.........................................................2 Conectivitate.1 Stadiul actual în domeniul „Locuinţelor Inteligente”................... 1........................................................................................................................... Capitol 3.... 2.......................................................................................................................................................................................... INTRODUCERE.................................................13 1....................... SENZORI......... 4 ................................ ........................ 5............................4 Senzori de prezenţa................................................................................ 5...... 4....................................................................................................................... 4............... CONCLUZII........................................................................................................................................................................................................................................................................... 5.............................................. Capitol 5....................................................................................................5 Senzori detectori de gaz...................6 Rezultatele implementării şi simulării.......... 5.......................................................4 Modelarea problemelor.............................................. 5........................................1 Introducere.............. Bibliografie..................2 Lucrări pe aceeaşi temă........ 5 ...........................................5 Model de cercetare restrânsă......................3 Descrierea problemei şi ipoteze...................................................................................................................................................... 4.................................................................. 5...................... 5...................................................................................................................................................................2 Senzori şi traductoare pentru temperatura............................................7 Concluzii şi lucrări viitoare.................3 Senzori de presiune........................................... APLICAŢIE PRACTICĂ.....................................................................................................................4.............................. confortul a început să fie asigurat în general prin intermediul aparatelor electrocasnice. în continuare propunem o imagine de ansamblu asupra a ceea ce înseamnă în viitor o casă complet utilată. Scurt Istoric Secolul XX a însemnat o perioadă de progres accentuat în ceea ce priveşte tehnologia implementată în locuinţe. În primul rând. Totuşi. Sursele de documentare au implicat materiale documentare diversificate din domenii multidisciplinare. trebuie spus că şi în anul 2009 mai există foarte multe locaţii pe glob (inclusiv România ) unde curentul electric este încă un vis . axat pe domeniul ’caselor inteligente’ . dacă nu chiar o necunoscută. Cum cele mai mari progrese din punct de vedere tehnologic sau făcut începând cu sec XX. comodă şi bineînţeles foarte plăcută. Acasă! Acest cuvânt are o rezonanţă specială pentru fiecare dintre noi. Aici ne simţim bine. În orice caz. Astfel odată evidenţiate problemele de management energetic şi consideraţiile ambientale de confort şi calitate a habitatului uman se trece apoi la identificarea metodelor de monitorizare. Abordarea de ansamblu a domeniului urmăreşte identificarea elementelor ce colaborează la definirea problematicii de studiu. Studiul teoretic porneşte de la problematică actuală a managementului energetic în clădiri privită prin spectrul monitorizării şi controlului unei locuinţe BMS (Building Management System). Timpul este şi el o resursă ce nu se poate recupera. indiferent de ce se întâmplă în jurul nostru. pătrunderea reţelei de curent electric în case a fost elementul care a dinamizat evoluţia ulterioară. în acelaşi timp oferind o interpretare personală pe alocuri. Aceste dispozitive au evoluat şi s-au diversificat până în punctul în care era nevoie de ceva în 6 . Iată doar câteva motive pentru care omul a încercat permanent să dezvolte cei „patru pereţi” astfel încât viaţa acasă să fie cât mai uşoară. iar plăcerea a început să vină de la radio şi televiziune.Capitol 1 INTRODUCERE Lucrarea de faţă reprezintă rodul unui studiu aprofundat multidisciplinar. trezirea se poate face folosind o sonerie stridentă sau în acordurile muzicii de la radio sau de la TV.plus mai ’substantial ’ decât un facelift. cuptorul cu microunde şi sistemele de alarmă deja conţin un microprocesor (sau unitate centrală de prelucrare . Istoric şi perspective La 137 de ani de la prima demonstraţie a unui bec cu incandescentă şi la peste 60 de ani de la invetarea tranzistorului. ele sunt capabile să conlucreze în beneficiul consumatorului. toate instalaţiile sanitare se pot porni automat atunci când este nevoie . Şi cu toate că fiecare dintre aparate este prgramat pentru un obiectiv specific. în funcţie de preferinţe şi. un buton în plus sau un upgrade de firmware. 1. având integrate funcţii automate. economisind astfel o bună parte din apă care ar curge fără folos. Progresele făcute în domeniul funcţionalităţii. De asemenea . telefoanele mobile şi majoritatea ceasurilor. Iată esenţa conceptului de locuinţa inteligenta. au început să apară aparatele inteligente. În acel moment. În cazul în care toate aceste mici ’inteligente’ ar putea comunica între ele prin intermediul unei reţele şi ar lua decizii în comun . având în vedere ţelul către care suntem orientaţi cu toţii .1 Stadiul actual în domeniul „Locuinţelor Inteligente”. 7 . câteva activităţi tipice pe care un individ le poate face în casă. Astfel . spre exemplu. Mai putem aminti aici şi frigiderele cu dezgheţare rapidă şi aparatele de înregistrare video care pot fi programate pentru a înregistra la o anumită oră o secvenţă TV. de ce nu . al arhitecturii circuitelor şi al miniaturizării acestora au făcut posibilă dezvoltarea într-un ritm extrem de rapid a solutilor pentru asigurarea confortului şi a uşurării vieţii. CPU). O metodă simplă ar fi interconectarea acestor aparate folosind reţeaua electrică a locuinţei ( unde majoritatea aparatelor sunt deja legate). de ”adâncimea” somnului. la fel ca şi cele ca receptoarele radio. aparatele moderne individuale cum ar fi televizorul . Să luăm. care au nevoie din ce în ce de mai puţină intervenţie din partea utilizatorului . omenirea a evoluat foarte mult din punct de vedere al aparaturii electrice şi electronice. unul dintre primele exemple de dispozitive inteligente care sare în minte este maşina de spălat automată . În realitate . care există pe piaţa de peste 20 de ani. locuinţele dumneavoastră ar deveni dintr-o dată mai deştepte. Lăsând la o parte PC-urile . Menţionez încă o dată ca lucrurile amintite mai sus sunt posibile la scară largă 8 . televizorul şi poate aprinde lumina în locuinţă . când aceasta se încuie imediat . de ce nu . Cred că este inutil să menţionez existenţa unui PC prin internet folosind conexiune wireless. alarma se dezactivează prin introducerea codului de securitate corect sau pe baza identificării profilului retinei oculare. Sau .Urmează momentul care ieşiţi pe uşa . La întoarcerea acasă . nu vă faceţi griji . sistemul de alarmă poate avea încorporat un microcontroler care recepţionează lipsa de activitate într-o anumită zonă şi astfel oprind utilităţile în zona respectivă. puteţi să vă uitaţi la un film pe DVD sau să ascultaţi pur şi simplu o muzică potrivită. Dacă adormiţi şi aţi uitat să stingeţi aparatele pornite . Figura 1. poate porni aerul condiţionat. Monitor LCD Vă puteţi relaxa în living-room urmărind un program TV pe ecranul dumneavoastră LCD care îşi ajustează singur luminozitatea în funcţie de condiţiile ambientale. iar alarma de la casa se poate arma automat astfel putând pleca liniştit ştiind că locuinţa este în siguranţă şi atent supravegheată de sistemul de alarmă. trecând pe modul dezactivat . Sistemul de alarmă. . Conexiunile dintre diversele dispozitive şi consola centrală (de la care puteţi contrla toate aparatele) va fi wireless. 1. Conceptul de casă inteligentă se referă la posibilitatea interconectării tehnologiilor de comunicaţie moderne pentru a le putea face disponibile cerinţelor prezente în fiecare cămin... Un exemplu simplu în acest senes poate fi următorul: presupuem ca frigiderul dumneavoastră inteligent detectează că există o problemă cu privire la unul dintre alimentele existente . Având la dispoziţie aceste sisteme inteligente . Ce ar putea fi mâine.2 Conectivitate Pentru a asigura o funcţionare centralizată a fiecărui aparat dintr-o locuinţă . fapt pentru care tranzimete dispeceratului din casa acest lucru . având în vedere intergrarea procesoarelor şi a senzorilor în diferitele sisteme casnice. va fi posibil să controlăm dispozitivele electrocasnice şi sistemele de securitate din orice locaţie de pe glob având la dispoziţie un telefon sau un computer. 9 . oriunde s-ar afla acesta . urmând ca acesta să ia legătura cu proprietarul . printr-un mesaj scris pe telefonul mobil. Un alt exemplu de comunicare utilă între aparatele din casa este atunci când cineva pătrunde prin efracţie în casa dumneavoastră iar senzorii de vibraţie plasaţi pe geamurile casei şi pe uşi detectează o mişcare violentă asupra acestor zone vor transmite prin intermediul conexiunii wireless un semnal către centrală sistemului de alarmă iar aceasta se va declanşa şi va transmite un mesaj pe telefonul mobil proprietarului cât şi dispeceratului de poliţie. comunicarea dintre acestea este esenţială.chiar în momentul de faţă . Figura 2. Nu este ceva exagerat ? Aceste lucruri vor reprezenta ceva obişnuit în câţiva ani . Aici mai intervine însă o problemă : dacă acesta transmisie se va face fără nici un fel de securitate . care deja există şi sunt dezvoltate într-un grad destul de mare. astfel că aparatele viitorului vor profita la maxim de avantajele oferite de acesta din toate punctele de vedere. sau efectuează automat comenzi online pentru alimente de bază ce lipsesc. cel puţin dintr-un punct de vedere. pentru a putea funcţiona mai eficient . Imaginaţi-vă un frigider care se conectează la internet şi descarca o nouă versiune de firmware .DVD Player Este inutil să reamintim capabilităţile de comunicare wireless între dispozitivele multimedia . Tocmai de aceea se lucrează intens pe partea de recepţie corectă a semnalelor în condiţiile unor ” aglomerări” electromagnetice provenită de la multitudinea de emiţătoare wireless ce vor popula casa fiecăruia dintre noi. lucru mai puţin plăcut . pentru că monitorul va detecta automat semnalul video emis de la untitate şi îl va putea recepţiona. având în vedere că deja au apărut pe piaţa aparate electrocasnice care se pot conecta la diverse alte dispozitive folosind o mufă USB. 10 . Internetul este o sursă extrem de valoroasă . atunci teoretic vecinii dumneavoastră vor putea recepţiona ceea ce se transmite de la dumneavoastră . Nu va conta dacă aveţi unitatea centrală într-o cameră şi ecranul LCD în altă parte a casei . D-data foloseşte laserul roşu tradiţional pentru citirea formatului propriu . o soluţie ieftină şi care poate oferi până la 15 GB pe un singur disc . Astfel s-a dezvoltat standardul high definition DVD .1. care vor trebui să-şi îmbunătăţească sistemul de transmisie în reţea. Tablourile de pe pereţi nu vor fi niciodată la fel şi asta pentru că ele vor fi de fapt ecrane digitale care se vor putea conecta la internet. Ambele tehnologii folosesc lasere cu lumină albastră . Display-urile deja au început să intre într-o nouă fază de dezvoltare . Astfel după 3G ne aşteptam cât de curând la 4G . Deja au apărut pe piaţa celulare cu un spaţiu de stocare impresionant de 8 GB şi posibilitatea conectării la reţele wireless. De asemenea pentru a uşura orientarea utilizatorilor. Home cinema! Un concept lansat acum câţiva ani care s-a dezvoltat foarte rapid şi este în continuă dezvoltare. zona de entertainment multimedia este cea mai avansată din punct de vedere tehnologic dacă ne referim strict la aparatură ce se poate găsi într-o locuinţă. Spre exemplu . la începutul secolului XXI . Pe de altă parte Sony şi Matsushita susţin formatul blue-ray prin care se poate stoca pe un singur disc până la 50 GB . costurile de producţie fiind însă mai mari. Solutile de stocare optice pentru fişierele media vor trebui să facă faţă cerinţelor de calitate ale utilizatorilor. schimbând imaginea afişată după preferinţele utilizatorului. pentru că deja telefonul mobil se transformă într-un dispozitiv pentru entertainment. Toshiba şi Canon au început livrarea în masă a unor ecrane LCD şi CRT bazate pe tehnologia ŞED ( Surface conduction electron-emitter display ). Nu am vorbit însă despre telefoanele mobile . Însă implemetarea acestor multiple tehnologii va depinde în mare măsură şi de operatorii GSM şi CDMA . digital multilayer disc. aceasta 11 . producători importanţi în domeniu încercând să abordeze noi tehnologii de producţie. format susţinut de companiile NEC şi Toshiba. telefoanele mobile vor avea încorporate cipuri GPS.3 Entertainment În acest moment . şi nu am făcut-o la capitolul conectivitate . Dacă acum se vorbeşte despre telefon mobil cu camera sau telefon mobil cu ecran color şi posibilitatea de captură audio-video peste puţin timp lucrurile se vor inversă astfel că vom avea PDA cu telefon mobil .în anul 2007. care sunt destul de scumpe astfel că un al treilea competitor a apărut pe piaţă.camera foto video digitală la purtător într-un mod la fel de comun cu cel al banalului telefon GSM. PDA (Personal Digital Assistant) 12 . Odată cu reducerea preţului puterii de procesare şi a memoriei . Progresele făcute în tehnologia wireless vor permite conexiuni la inernet de mare viteză la un cost mic pentru dispozitivele hand-held. inteligenta artificială va continua să penetreze şi să populeze aproape orice produs. În doar câţiva ani vom vorbi în principal doar despre aparate inteligente. în Japonia standardul este deja licenţiat experimental. dar şi pentru electrocasnicele convenţionale. Figura 3.din urmă fiind dedicat deja transmisiunilor broadband de date cât şi de streem-uri video . Tot cu ajutorul acestui accesoriu putem modifica poziţia scaunelor . Controlul intensităţii luminii şi a sunetului Sistemul de monitorizare a locuinţei poate fi programat în funcţie de nevoile locatarilor . cât şi din exterior . putem vedea în linişte filmul preferat în mini-cinematograful propriu şi urmărind îndeaproape tot ceea ce se întâmplă în casa . De exemplu .Sistem „Home Entertainment” Aparatura audio-video . Astfel . setând aparatura şi condiţiile de climatizare.4 Sisteme electronice pentru case inteligente Figura 4. Soluţiile electronice complete pentru locuinţe aduc o banală casa la standardele stilului de viaţă electronic de astăzi. poziţia camerelor de supraveghere atât din interior . monitoare ascunse în mobilă şi sunet de înaltă calitate provenit din pereţi . volumul boxelor . camere de supraveghere .1. toate comandate printr-o singură apăsare de buton. video-telefoane . temperatura şi jaluzelele din întreaga casă. cu ajutorul unei telecomenzi universale cu ecran LCD. numărul 13 . intensitatea luminilor . astfel nu mai este nevoie să controlăm manual mediul în care locuim. sistemul ar putea menţine automat temperatura cameri la un nivel optim pentru un anumit tip de activitate . Vizulaizarea setărilor este o altă caracteristică a securităţii. 1. alese de dumneavoastră sau chiar trimite un MMS cu o înregistrare a camerei de supraveghere. internetul. climatizarea. Sistemul poate învăţa programul proprietarului şi îl poate respecta întocmai atunci când acesta nu este acasă. De asemenea în cazul în care o persoană neautorizată intra în locuinţa . şi un mesaj poate fi transmis prin telefon. Dacă există o tentativă de intrare neautorizată în clădire în timpul nopţii. Tehnologia trebuie să protejeze. făcându-le să lucreze pentru utilizator. Sistemul realizează monitorizarea locuinţei practic şi uşor de folosit. de exemplu. sistemul declanşează alarma şi lansează o avertizare sub formă de mesaj audio către numerele de telefon. dar şi de sezon. iluminatul. se poate pregăti convenabil un program de simulare a prezenţei. comunicaţiile. Unele din locuinţele actuale au facilităţi cu adevărat complexe.5 Tehnologia unei locuinţe inteligente Monitorizarea locuinţei trebuie să simplifice viaţa . securitatea. Mai mult se poate apela telefonic unitatea centrală şi se poate ascultă ce se întâmplă în acel moment în casă. Pentru perioadele de vacanţă sau alte perioade de absentă. Aceasta permite . Monitorizarea sistematică Combinaţia dintre detectoarele de mişcare . nu să o complice. iluminatul poate fi pornit automat . Deci cum sunt integrate toate aceste aspecte prin intermediul echipamentelor electronice şi sistemelor. să ofere confort şi mai mult timp liber pentru cei care beneficiaza de aceasta.şi dorinţele persoanelor din încăperi .. integrand armonios şi coerent sistemul audio şi video al casei. Exemplu de sistem monitorizat . componente: 14 . Aceasta permite diferite operaţii . contactele ferestrelor şi cilindrii sistemelor de închidere a uşilor furnizează o monitorizare completă şi controlul accesului în clădiri. etc. verificarea pe afişajul digital dacă toate ferestrele şi uşile sunt închise. cum ar fi ridicarea sau coborârea jaluzelelor interioare sau exterioare sau pornirea sau respectiv oprirea iluminatului în diferite camere la momente de timp diferit. reglarea temperaturii se face în fiecare cameră iar sistemul comanda caloriferele pe baza temperaturii reale pentru a o menţine la valoarea comandată. crepuscular Electrovalve pentru comanda caloriferelor. amplasarea se face pe criterii de ergonomie . a luminilor pe holuri . pornirea automată a irigării grădinii pe timp de noapte şi prevenirea pornirii în timp ce se afla persoane în grădină. Unitate centrală Control ieşiri 230 V pentru toate luminile Control ieşiri 230 V pentru electrovalvă irigare Control ieşiri 230 V pentru zone de iluminat reglabile Ieşiri de comandă pentru controlul caloriferelor Intrări pentru toate întrerupătoarele din casa Intrări pentru toate detectoarele PIR şi senzori magnetici. magnetici. sistemul de irigaţii Caracteristici ale unui sistem de monitorizare pentru locuinţa: Ergonomie-intrerupatoare de tip simplu (1 sau 2 taste) . fum. Comanda mai multor scenarii luminoase se face cu un singur întrerupător Layout individual.pe bază de prezenţa. gaz. funcţii de management termic pe perioade de prezenţa/lipsă pe zona. Functionalitate-inchide Tot: la părăsirea locuinţei prin apăsarea unui singur buton se realizează următoarele funcţii: Se sting toate luminile 15 . detectoare de fum şi gaz Intrări pentru toate termometrele din locuinţa + 1 termometru de exterior Panou LCD touch screen cu taste pentru comenzi rapide Senzori PIR . Confort-pornirea automată . circuitului piscinei. ne electric. Partea tehnica (echipamentele) să fie invizibilă pe cât posibil . sirena interior şi exterior. În ceea ce priveşte locuinţele . Se opreşte alimentarea prizelor recomandate Încălzirea trece pe modul Economic Se alarmează sistemul de securitate Opţional se activează modul de simulare prezenta Presetari pe lumini Economie de energie termică şi electrică Schema de terporizare individuală programabile pe valori presetabile de temperatură ce se pot comanda automat la ore diferite Interfon la intrări ce permite vizualizarea şi conversaţia din orice punct al casei cât şi vizualizarea pe televizor Funcţie silenţios automată sau manuală Securitatea-functiile standard de alarmă cu detectare de mişcare şi de uşi deschise . Odată cu progresul tehnologic în domeniul semiconductorilor. Ambianţa sonoră şi vizuală . Funcţie de panică (se emite apel automat la poliţie sau dispecerat de protecţie civilă. Pentru a veni în sprijinul utilizatorului . tot mai multe funcţii sunt monitorizate şi controlate electronic. controlul acestora simplificat la maximum . se aprind toate luminile). Vizualizare a planului de prezenţă în locuinţa pe baza senzorilor PIR şi a senzorilor de prezenţa integraţi în alte dispozitive. toate cu acelaşi scop. toate acestea fiind menite să facă omului viaţa mai uşoară şi mai frumoasă. muzica şi filmul au constituit întotdeauna un factor de confort important. calitatea sunetului 16 . dar şi al arhitecţilor . Vizulaizarea camerelor de supraveghere şi pe televizor. în domeniul audio s-a dezvoltat conceptul ” arhitectural multi-zona ”. Au existat multe moduri de abordare pe parcursul ultimelor decenii . între considerentele arhitecturale şi cele tehnice . fum şi gaz. aproape întotdeauna au existat controverse. . Totodată .1.nefiind necesară solicitarea sistemului termoregulator al organismului.26˚C vara. temperatura aerului interior are o importanţă deosebită în energetică întregii clădiri pentru că ea determina consumurile energetice pentru încălzirea . se consideră că temperatura corespunzătoare a aerului interior pentru un individ normal îmbrăcat şi fără activitate fizică este de 20 . Factorii principali confortului termic sunt : Temperatura aerului Temperatura medie de radiaţie Viteza aerului Umiditatea aerului Îmbrăcămintea Intensitatea activităţii fizice . Temperatura aerului Temperatura aerului interior este cel mai important parametru de confort termic.cât mai bună.22 ˚C iarna şi 22.. Din punct de vedere fiziologic . Capitol 2 CALITATEA ŞI SECURITATEA MEDIULUI INTERIOR/EXTERIOR 2.. Confortul termic Confortul ter mic este definit de totalitatea condiţiilor de microclima dintr-o încăpere care determină o ambianţă plăcută în care omul să se simtă bine .. respectiv răcirea clădirii. Temperaturile interioare convenţionale de calcul ale încăperilor încălzite sunt 17 . pardoselei şi corpurilor de încălzire din încăpere. Camera Camera de zi Dormitor Baie Bucătărie Casa scărilor Săli de clasă Magazine Temp Diferenţele de Umiditate [˚C] temperatură 20 20 22 18 18 [˚C] [%] Pentru pereţi < 4. Acest lucru se obţine printr-o bună izolare termică a pereţilor exteriori şi ferestrelor şi prin dimensionarea corespunzătoare a corpurilor de încălzire. Senzaţia de inconfort . În cazul în care un individ desfăşoară o activitate susţinută şi este bine îmbrăcat se pot admite şi viteze mai mari ale aerului. ferestrelor . Schimbul termic al organismului uman este în funcţie de aceste temperaturi. precum şi valorile altor parametri de confort .5 Pentru terase.5 18 18 Tabel 1. pentru diverse încăperi ale unei clădiri civile sunt prezentate în tabelul 1.15 şi 0.Parametrii de confort pentru clădiri civile Temperatura medie de radiaţie este media ponderată cu suprafeţele respective a temperaturilor pereţilor . Valorile temperaturii interioare.25 pământ < 3.70 Planşee sub pod Planşee pe relativă Viteza aerului [m/s] 0.25 m/s.stabilite de standardul SR 1907-2.. Ideal este ca temperatura medie de radiaţie să fie cât mai apropiată de temperatura aerului interior.22˚C viteza aerului trebuie să se situeze între 0. 35 . Viteza de mişcare a aerului este un parametru important al confortului termic în încăperile ventilate. 18 .15 – 0. La temperaturi uzuale ale aerului interior de 20. de curent este resimţită de ocupanţi cu atât mai mult cu cât temperatura aerului în mişcare este mai mică decât temperatura mediului ambiant. plafonului . Cu cât activitatea fizică este mai intensă .Căldura degajată de corpul uman în funcţie de tipul de activitate Indicatori globali de confort termic Pentru a aprecia gradul de confort termic al unei ambianţe se folosesc indicatori globali care însumează efectele separate ale fiecărui factor: temperatura. în perioada rece a anului. favorizează formare condensului pe suprafaţa interioară a pereţilor exteriori. mai ales la izolări termice reduse . îmbrăcămintea . Activitatea Căldura cedata [w] Somn 75 Aşezat pe scaun 105 În picioare.relaxat 125 Activitate de secretariat 130 Activitate de laborator 170 Munca la maşini. umiditate. intensitatea acestui fenomen depinde de diferenţa tensiunilor de vaporizare între apă de la nivelul pielii şi vaporii de apă conţinuţi în aer. ducând la apariţia mucegaiului Intensitatea activităţii fizice determina cantitatea de căldură cedata de corpul uman în mediul ambiant. caracteristice diverselor tipuri de activitate. O parte din pierderile de căldură ale organismului uman este constituită de evaporarea de la suprafaţa pielii. viteza aerului.unelte 290 Tabel 2. Limitele superioară şi inferioară ale nivelului admisibil al umidităţii relative a aerului din încăperi sunt 70% respectiv 35% . cu atât temperatura aerului din încăpere trebuie să fie mai scăzută pentru a se facilita transferul termic şi a se resimţi senzaţia de confort. Umidităţi relative ale aerului interior mai mari de 70% . În tabelul 2 se dau valorile căldurii cedate de organismul uman .Umiditatea aerului este un parametru important al confortului termic în încăperile climatizate. etc Dintre aceşti indicatori globali se amintesc: Indicele de confort termic B(Van Zuilen) 19 . nivelul activităţii fizice. Determinarea indicelui PMV se face conform GT 039/2002 şi SR ISO 7730. Determinarea indicelui B se face conform GP 060/2000.. -0.+0. 2.5 pentru zona confortului termic.. Indicele de ambianţa termică PMV (opţiunea medie previzibilă) Când aceşti indicatori au valoarea 0 se apreciază că este asigurat confortul termic în încăperea respectivă.5. se admite un domeniu de variaţie al acestori indicatori. Practic . unde dΩ este unghiul solid elementar 20 .2 Confortul vizual Iliuminarea dintr-o încăpere trebuie să asigure confortul vizual al personanelor prin inducerea unor senzaţii pozitive în timpul activităţii acestora. Pentru realizarea unui sistem de iluminat care să ofere în încăpere un mediu luminos confortabil este necesar să se acorde atenţie următorilor factori: Nivelului de iluminare şi uniformităţii acestuia Culorii luminii şi redării culorilor Direcţionării fluxului luminos Distribuţiei luminanţelor Orbirii Fenomenului de pâlpâire Prezenţei luminii de zi Menţinerii sistemului de iluminat în timp Pentru că se fac adesea confuzii legate de mărimile utilizate în analiza luminotehnica se prezintă pe scurt definiţiile acestora Fluxul luminos ɸ[lm] – fluxul radiant emis în spectrul vizibil Intensitatea luminoasă I α= dɸ / dΩ[cd] – fluxul luminos pe direcţia α . pentru comparaţie .000 200 – 10. se recomandă realizarea nivelurilor de iluminare prezentate în Tabelul 3 . birouri ). Culoarea luminii are importanţă estetică . cu vitrare mare şi unde se lucrează numai în timpul zilei.oglinda) sau înclinată (pupitru. Iluminarea E=dɸ / dA[lx] – densitatea spaţială a fluxului luminos pe suprafaţa A Nivelul de iluminat trebuie să fie în concordanţă cu specificul activităţii desfăşurate în încăpere. el trebuie să fie asigurat pe suprafaţa de referinţă – planul util – care poate fi orizontală (masa . În funcţie de specificul încăperilor .valorile corespund standardului DIN 5035. precum şi pentru încăperile în care activitatea cere atenţie şi concetrare mărita Destinaţia încăperii Suprafaţa iluminată de soare puternic Suprafaţa iluminată ziua (cer acoperit) Suprafaţa iluminată de lună plină Birouri Nivelul de iluminare [lx] 10. sunt incluse şi nivelurile de lumină realizate natural. funcţională şi psihologică. Rece:pentru încăperi plasate spre sud şi puternic vitrate. Astfel se recomandă lămpi se culoare: Caldă:pentru inaperi amplasate spre nord şi puţin vitrate Neutră:pentru încăperi de muncă intelectuală Neutră rece:pentru încăperi de muncă fizică . unde .25 300 – 500 Săli de conferinţe 300 Săli de calculatoare sau cu panouri de comandă 500 Săli de desen Hoteluri Magazine: scări interioare 750 200 200 Zone de prezentare 400 21 .000 0. plânsete). verticală (raft. O importanţă deosebită în asigurarea confortului vizual o are culoarea luminii. zona publicului 100 Tabel 3. Intensitatea zgomotului 22 . Atunci când intensitatea să este importantă . O modificare a nivelului sonor cu 10 db corespunde aproximativ cu dublarea intensităţii sonore percepute. Nivelul intensităţii unui zgomot se transformă în decibeli. producând o senzaţie auditivă considerată jenantă sau dezagreabilă. Zgomotul resimţit într-o încăpere poate proveni din exterior sau poate fi generat în interiorul încăperii. zgomotul are efecte notabile asupra metabolismului şi activităţii intelectuală.în comparaţie cu lumina naturală 2.Vitrine Spitale : saloane 15000 – 25000 100 – 150 Săli de prima intervenţie Şcoli : Săli de curs 500 300 Săli de clasă 400 – 700 Laboratoare . dB.Nivelul de iluminare în funcţie de destinaţia încăperii.3 Confortul fonic Zgomotul este o suprapunere de zgomoturi având frecvente şi amplitudini variabile. În tabelul 4 sunt date valori admisibile ale zgomotelor exterioare. biblioteci 100 – 150 Săli de desen Locuinţe: Sufragerii 750 – 1400 200 Dormitoare 150 Băi 200 Bucătarii 150 Holuri 100 Birouri 300 Muzee 300 Biserici. Nivelul de zgomot exterior admisibil Pentru a avea o ambianţă interioară confortabilă din punct de vedere fonic trebuie să nu se depăşească în încăperi următoarele niveluri de zgomot: Camera de locuit 35 dB Bucătarii 38 dB Săli de lectură 40 dB Birouri. Factorii care determină în ce măsură poluanţii din mediul interior pot afecta sănătatea sunt: Prezenta. Săli de clasa 45 dB Muzica de ambianţa 60 dB Magazine 70 dB Spaţii tehnice 85 dB Consideraţii despre sănătate şi siguranţă Diverse studii au arătat că aerul din interiorul clădirilor poate fi chiar mai poluat decât aerul exterior. modul de utilizare şi starea surselor de poluare Nivelul poluării atât la interiorul cât şi la exteriorul clădirii 23 . zona [dB] Ziua În Noaptea imediata 55 apropiere 40 a locuinţelor Staţiuni de 45 odihnă şi tratament Zona industrială 35 65 45 Tabel 4.Locul. vopsele ) Mobilier (ţesături. prin ventilare şi în absenţa filtrelor. curăţire . Gradul de ventilare din clădire Niveul general de sănătate al ocupanţilor clădirii Sursele de poluare ale aerului interior sunt: Fum de ţigară Materiale de construcţie (azbest. încălzire .1 Noţiuni generale despre sistemele de securitate 24 . poluanţii trec în mare parte la interiorul clădirii. etc) . finisaje (lacuri.lacuri) Activităţi curente : gătit . Capitol 3 SECURITATE 3. refrigerare Aerul exterior .vată de sticlă. În literatura de specialitate. respectiv orice activitate specifică desfăşurată în cadrul ei. Prin categorii de accidente se înţeleg acele accidente care pun în pericol viaţa umană. destinate prevenirii detectării şi corectării diferitelor categogrii de accidente fie că provin din cauze naturale fie ca ele apar ca urmare a unor acte de sabotaj. viaţa persoanelor. sistemele de control pericol. fizice. scaparilor de gaze şi calamitatilor naturale. Cu alte cuvinet. însăşi existenţa clădirii respective. de exemplu întrun sistem distribuit . toate aceste măsuri fiind legate de protecţia. logice şi juridice . informaţiile. securitatea fizică implica luarea măsurilor de protecţie împotriva incendiilor. valorilor şi informaţiilor. Conceptul de securitate poate fi structurat pe trei nivele după cum urmează: Ø Securitatea fizică : este nivelul ”exterior” al securităţii şi constă în prevenirea. Ø Securitatea logica reprezintă totalitatea metodelor ce asigură controlul accesului la resursele şi serviciile sistemului. În afară aspectelor prezentate. securitatea logica poate fi împărţită în două mari niveluri: 25 . orice clădire. valorile şi nu în ultimul rând mediul înconjurător. mai întâi. constituie cel mai mare procent de insecuritate. nu sunt productive. De calitatea unui astfel de sistem depinde de multe ori . inundaţiilor. ele având sarcina de a crea precondiţiile de funcţionare fiabila a obiectivului protejat. datorate vulnerabilităţii nivelului de securitate fizică. La ora actuală se apreciază că distrugerile de informaţii. în ansamblu. bunurile materiale. prin prevenirea accesului fizic la echipamente: un anumit infractor care doreşte să sustragă informaţii din sistem. a clădirilor împotriva pericolelor potenţiale.Un sistem de control al pericolelor este proiectat pentru a face faţa unor situaţii diferite de pericol la care este expusă. noţiunea de securitate este definită ca fiind un complex de măsuri procedurale. primă măsură de securitate care trebuie avută în vedere este cea de securitate fizică. integritatea bunurilor din ea şi desfăşurarea activităţii. trebuie. să intre în contact fizic cu echipamentul. detectarea şi limitarea accesului direct asupra bunurilor. inevitabil. ele influenţându-se reciproc. Niveluri de securitate a accesului. aici este important de subliniat că sistemul de securitate fizică trebuie astfel conceput. el vă primii de la sistem anumite drepturi de conectare Principalele niveluri de securitate a serviciilor sunt : Nivelul de control al serviciilor: acest nivel este răspunzător de funcţiile de raportare a stării serviciilor şi respectiv de avertizare Nivelul de drepturi la serviciu: determina modul de utilizare a unui anumit cont de servicii. 26 . securitatea în ansamblu a obiectivului protejat. încât să permită în orice situaţii analiza post eveniment care să fie utilizată ca ”martor” în procesul de realizare a obiectivului de securitate juridică. Prin urmare se poate constata că. la un moment dat. de decuplarea sau de cuplarea a unor staţii Nivelul de acces la cont: acest nivel verifica dacă utilizatorul are un profil valid pentru sistem Nivelul drepturilor de acces: după un utilizator trece prin cele 2 niveluri anterioare. între nivelurile de securitate fizică. Ø Securitatea juridică: este nivelul alcătuit dintr-o colecţie de legi naţionale care reglementează actul de violare a nivelurilor de securitate fizică şi logica şi stabileşte sancţiuni penale ale acestor acte. există o interconectare puternică. anterior definite. determinându-se existenta ca nivel de securitate valid. detremina. Niveluri de securitate a serviciilor Principalele nivele de securitate a accesului sunt: Nivelul de acces la sistem: acest nivel este răspunzător de gradul de accesibilitate al utilizatorilor în sistem. Cele trei neveluri de securitate. logica şi juridică. iar. în unele situaţii. cu măsuri ferme de crestre a securităţii celorlalte 2 niveluri sau numai a unia dintre ele de aşa maniera încât. printr-o reţea. să fie mai mare sau egală cu un grad minim necesar. prin care mai multe subsisteme autonome (unităţi de control) sunt conectate. oferă un grad mai scăzut de securitate. Nu există ierarhie actuală de funtionare. adică nu există relaţie master. unitatiile de control sunt cele ce controlează reţeaua de securitate. a fost dezvoltată strategia Multiple-barrier prin care o entitate de protejat este asigurată prin mai multe bariere de protecţie.În orice caz. aşa cum este ilustrat în Figură 5 : Figura 5. la sistemul terminal. Întrucât nu există măsuri pentru asigurarea unei securităţi absolute. Unitatiile de control pot menţine autonomia totală şi capacitatea de funcţionare. securitatea obiectivului. De fapt.slave între unitatea de control şi sistemul terminal. la un moment dat. în ansamblu. este analiza globală a gradului de securitate oferit de fiecare nivel în parte şi compensarea acelui nivel care. independent de orice reţea terestră de comunucare deoarece au posibilitatea de transmisie prin satelit către sistemul terminal. cele precizate mai sus arată clar că soluţia cea mă eficientă pentru asigurarea securităţii la un moment dat.Strategia Multiple-Barier Tehnologia unui sistem de securitate este bazat pe conceptul inteligenţei distribuite. Nu sistemul terminal este cel ce 27 . acest principiu fiind ``piatra de temelie`` a conceptului de securitate fizică. Operaţia de alarmă locală şi funcţiile de control ale unităţii de control previn eşecul total al sistemului. x (t) şi de a o convernti într-o altă mărime fizică . Integrarea completă a sistemelor de detecţie şi protecţie a pericolului într-un sistem de management al clădirii BMS. valorilor. măsuri ferme în direcţia creşterii posibilităţii de testare şi fiabilităţii nivelurilor componente ale sistemului de securitate Ponderea în preţul final al unităţii de control pentru un sistem complex este de aproximativ 10-15%. 3. a protecţiei clădirilor. 28 . Elementele sensibile care detectează mărimea de măsurat sunt denumite senzori. impune condiţii de securitate adiţionale.scanează unitatiile de control ci unitatiile de control emit spontan mesajele lor de alarmă. se ajunge la o majorare a preţului final cu aproximativ 20 – 23%. o înaltă disponibilitate deziderat pentru a cărui realizare se impun. yint (t) . Senzorul este elementul sensibil cu rolul de a sesiza mărimea de măsurat aplicată la intrarea sa. de aceeaşi natură sau de natură diferită . mai departe. prin natura sarcinilor sale . Acesta înseamnă că pentru implementarea unei structuri centralizate. chiar şi tipul întreruperii liniilor de transmisie între subsisteme şi terminalul de sistem. Din studiile efectuate se deduc următoarele caracteristici: Sistemele de securitate sunt pre-recuzite. şi este recomandată datorită disponibilităţii ridicate pe care trebuie să o aibă un sistem de securitate Un sistem de securitate reclamă. Conversia mărimii de intrare în mărime de ieşire la senzori se bazează pe efecte fizice sau chimice.2 Elemente de senzoristica şi măsurători Măsurarea unei mărimi presupune în primul rând detectarea sa. care poate fi uşor măsurată . informaţiilor. cel mai frecvent pe cale electrică. esenţiale pentru funcţionare fiabila şi eficientă a măsurilor de asigurare a vieţii. respectiv a mediului înconjurător. detectori de radiaţii ionizate etc). capabili să efectueze conversia mărimii de măsurat într-o mărime electrică. Ansamblul format dintr-un senzor integrat în acelaşi circuit (chip) cu elementul de adaptare poartă numele de Traductor ``integrat``. auto-calibrarea. pentru fiecare mărime de măsurat pot exista diferite metode de măsură . până la obţinerea mărimii de ieşire finală y (t). Recent a apărut conceptul de senzor sau traductor ``inteligent`` care prezintă asocierea unui traductor cu un microprocesor (microcontroler).Senzorii care servesc numai la detectarea prezenţei unei mărimi constituie o categorie aparte şi se numesc detectori (detectori de proximitate. indirect . iar . corecţii faţă de diverşi factori de influenţă. pe de altă parte. Varietatea senzorilor este foarte mare deoarece . În unele lucrări de specialitate nu se face o distincţie clară între senzori şi traductori. aşa cum se va vedea mai jos. Ansamblul format din elementul sensibil (senzorul) şi elementele de adaptare şi prelucrare ( condiţionarea semnalelor ) se numeşte traductor figura 6. Din multitudinea de senzori se remarca amploarea 29 . pe de o parte . precum şi în domeniul roboticii industriale. Schema funcţională a unui traductor Traductorul poate avea în structura sa mai mulţi senzori . există un număr considerabil de mărimi de măsurat. Figura 6. monitorizare şi control. generarea unor mărimi de control. Traducătoarele inteligente s-au dezvoltat rapid ca elemente componente principale ale sistemelor automate. de măsură. prin mai multe etape intermediare . Astfel se pot obţine semnale de ieşire cu mare imunitate la perturbaţii . în funcţie de fenomenul care stă la baza conversiei. linializarea caracteristicii de convenţie a mărimii de intrare x(t) în mărime de ieşire y(t). Senzori termici: transforma energia termică în energie electrică . Ca semnale magnetice putem avea : intensitatea câmpului magnetic. entropia. 4. căldura specifică. Senzori chimici: transforma semnalul chimic în semnal electric. lungimea de undă. viteza de reacţie. lungimea de unda acustică. fază.considerabilă a utilizării senzorilor electrici. respectiv semnalul mecanic în semnal electric. 2. toxicitatea. transmitanta. Senzori mecanici: transforma energia mecanică în energie electrică .viteza. 5. viteza de curgere. fluxul de căldură. avem următoarele tipuri de senzori: 1. respectiv semnalul termic în cel electric. Luând în considerare principiul de lucru şi respectiv tipul de energie care se transformă în energie electrică . Ca semnale radiante avem: intensitatea luminoasă. nivel de vid. reflectantă. căldură. nivel. torsiune. deplasare. Senzori magnetici: transforma energia magnetică în energie electrică . Ca semnale termice putem avea: temperatura. permeabilitatea magnetică. Ca semnale mecanice putem avea : forţa. Senzori de radiaţie: transforma energia radiantă în energie electrică. Ca exemple de semnal chimic putem avea: compoziţia. amplitudine de vibraţie. concentraţia. acceleraţie. rotaţie . Conversia de energie şi respectiv semnal prezentată mai sus se poate rezuma în schema de mai jos: 30 . respectiv semnalul magnetic în semnal electric. volum. 3. polarizarea . respectiv semnalul radiant în semnal electric. magnetizarea. debit. activitatea radioactivă. presiune. inducţia câmpului magnetic. potenţialul de oxidare-reducere. pH-ul. poziţie. grosime. de capacitate electrică etc. de inductanţă. care este un semnal de tip mecanic (cm3/min. Trebuie să menţionăm că o anumită mărime ne-electrica poate fi detectată cu ajutorul mai multor tipuri de senzori. deci a fost convertită în semnal electric. datorită conversiei semnalului ne-electric în semnal electric.Figura 7. De exemplu deplasarea poate fi convertită în variaţie de rezistenţă . Noi ne vom ocupa cu studiul senzorilor electrici datorită 31 . Ca un exemplu de conversii multiple se prezintă mai sus cu linie punctată transformarea semnalului mecanic în semnal termic care apoi este transformat în semnal electric. Toţi senzori de mai sus se numesc senzori electrici. Deci semnalul mecanic (debit) a produs mai întâi o modificare de temepratura( semnal termic) şi aceasta din nou a produs o modificare de tensiune sau curent . Aceasta variaţie de rezisenta este apoi sesizata ca o variaţie de tensiune sau curent.lichide) . Datorită fluidului firul se răceşte şi atunci îşi scade rezistenta electrică. Pe acest principiu funcţionează anemometrul cu fir de platină folosit la măsurarea debitului de fluide (gaz. Kg/min). Diagarama conversiei de energie Din figură de mai sus se remarca faptul că un semnal ne-electric poate fi convertit direct în semnal electric sau poate suferi mai mult conversii de tip ne-electric înainte de a fi transformat în semnal electric. În curgerea să fluidul întâlneşte un fir încălzit ( rezistenta electrică de platină). Măsurarea semnalelor electrice provenite de la sursa necesita puteri electrice mici datorită curenţilor mici de utilizare ( impedanţe de intrare foarte mari) în amplificatoarele operaţionale ale instrumentelor folosite. Semnalele electrice primite de la senzori pot fi transmise cu mare viteză la mare depărtare (telemetrie) unde pot fi procesate ori stocate de calculatoare. 2. 5. 4. Semnalele electrice oferă o mare varietate de metode de măsură. Pentru a nu se perturba mărimea de măsurat şi a nu afecta exactitatea măsurării. senzorii se potn clasifica în: Senzori activi (generatori) Senzori pasivi (parametrici) Senzori activi efectuează transformarea directă a energiei mărimii de măsurat. Din punct de vedere al energiei. de obicei o tensiune electrică. de regulă o mărime electrică. 3. 6. În 32 . De exemplu o tensiune electrică poate fi măsurată prin intermediul unei frecvente. Semnalele electrice primite de la senzori sunt procesate în circuite integrate de o complexitate din ce în ce mai mare (sisteme integrate) realizate monolitic care au siguranţă în funcţionare inegalabila de către circuitele tradiţionale cu conexiuni prin fire. să fie suficient de mică. Senzorii activi furnizează un semnal electric. Semnalele electrice sunt foarte sensibile la variaţia semnalului ne-electric corespunzător ( cel care le-a generat prin efectul de senzori).avantajelor semnalelor electrice: 1. este necesar ca energia necesară formării semnalului de ieşire y0(t) preluată chiar de la fenomenul studiat .întro energie asociată mărimii de ieşire. Semnalele electrice (aferente unor fenomene fizice care variază foarte rapid în timp) care se modifica foarte repede în timp pot fi uşor măsurate cu circuitele electronice care pot efectua mii de măsurători pe secundă. indispensabilă desfăşurării procesului de măsurare. consecinţă, aceşti senzori sunt întâlniţi în literatura de specialitate se sub denumirea de senzori generatori sau senzori energetici. Exemple de senzori generatori sau energetici sunt :senzori termoelectrici , senzori de inducţie, la care mărimea de intrare este transformată direct într-o tensiune electrică. Marele avantaj pe care îl prezintă aceşti senzori , consta în posibilitatea de măsurare directă a mărimii de ieşire cu un mijloc electric de măsurare. Senzorii pasivi (parametrici) sunt destinaţi măsurării unor mărimi, care nu permit eliberarea energiei de măsurare. Senzorii pasivi prezintă, ca mărime de ieşire, o impedanţă electrică sau componente ale acestuia: rezistenţă, capacitatea, inductanţă. Senzori pasivi se mai numesc parametrici sau modulatori. Pentru formare semnalului de ieşire, în cazul senzorilor paramtrici, este necesară folosirea unei surse auxiliare de energie. Ansamblul senzor pasiv- sursa de alimentare creează semnalul electric, ai cărui parametri (amplitudine, frecventa) sunt dependenţi de caracteristicile mărimii de măsurat. Exemple de senzori parametrici sunt: termorezistentele, fotorezistentele, traducătorii capacitivi şi inductivi de deplasare etc. Natura mărimii de intrare (s se vedea tabelul cu mărimile detectate de senzori); Natura mărimii de ieşire (în tensiune, curent, fracventa, etc); Modul de variaţie al mărimii de ieşire( senzori analogici, digital). 33 Capitol 4 SENZORI 4.1 Senzori fotorezistivi Fenomenul de fotoconducţie Conducţia electrică a unui material depinde de numărul purtătorilor de sarcină din banda de conducţie. Într-un semiconductor, purtătorii de sarcină liberi apar în urma excitării electronilor din banda de valenta sau de pe nivelele locale din banda interzisă. În condiţii normale , energia necesară excitării purtătorilor de sarcină este asigurată de energia termică a reţelei şi, deoarece electronii interacţionează puternic cu atomii (sau ionii) reţelei cristaline rezultă că, temperatura electronilor este aceeaşi cu cea a reţelei cristaline. Aceştia sunt purtători de sarcină de echilibru, a căror concentraţie depinde de un singur parametru variabil – temperatura. Conducţia electrică de neechilibru Dacă pe un semiconductor cade lumina cu o lungime de undă corespunzătoare atunci concentraţiile purtătorilor de sarcină liberi se pot scrie sub forma : n = n0 +Δn p=p0+Δp unde n0 şi p0 sunt concetratiile electronilor şi golurilor la întuneric iar n şi p reprezintă purtătorii de sarcină generaţi de radiaţia electromagnetică. Apariţia purtătorilor de sarcină de neechilibru va duce la modificarea conducţiei electrice a semiconductorului care se poate exprima după iluminare, prin relaţia 34 Unde: Reprezintă conductivitatea electrică a semiconductorului la întuneric iar, Δσ reprezintă conductivitatea electrică de neechilibru, cauzată de generarea purtătorilor de sarcină sub acţiunea luminii. Fluxul energetic în semiconductorla adâncimea x este energia pe unitate de suprafaţă şi unitatea de timp şi depinde de fluxul de energie HJBELCFLI al radiaţiei incidente, coeficientul R de reflexie la suprafaţă şi un coeficient de absorbţie în material. Ф(x)=(1-R)Ф0e-xα Viteza de generare a purtătorilor mobili de sarcina la adâncimea x este , pe unitatea de volum şi în unitatea de timp. G(x)=ηNV(x)= =ηα(1-R)N0e-αx Unde η este un coeficient de proporţionalitate care poartă numele de randament cuantic şi este constantă de material. Dacă am presupune că în momentul iniţial t = 0 începe procesul de iluminare a semiconductorului şi că în afară de generarea purtătorilor de sarcina nu mai au loc şi alte procese, atunci conform cu relaţiile anterioare putem scrie: Δn=Δp=g*t=ηα(1-R) t Unde g este coeficientul de proporţionalitate care poartă numele de raţă de generare optică. În figură următoare . prin linie punctată este prezentată concentraţia purtătorilor sarcină în funcţie de timp conform relaţiei anterioare. Din formula rezultă că numărul 35 purtătorilor de sarcină creşte nelimitat cu durata iluminării , dar experimental se constată că după un anumit interval de timp de la începerea iluminării concentraţiile purtătorilor de sarcină de neechilibru rămân constante. Prin urmare, este natural să presupunem că are loc un proces contrar procesului de generare şi anume, că are loc recombinarea purtătorilor de sarcină. Ca urmare a acestor două procese contrarii, după un anumit interval de timp, se vor stabili concentraţii staţionare ale purtătorilor de sarcină de neechilibru. Evident, concentraţia staţionară a electronilor de neechilibru din zona de conducţie va fi egalată cu produsul dintre concentraţia electronilor generaţi im unitatea de timp şi timpul mediu de existenţă în zona de conducţie adică: ΔnST=g τn Pentru goluri se obţine o relaţie similară, ΔpST=g τp Unde g este rata de generare optică (numărul de purtători generaţi în unitatea de timp şi unitatea de volum). Introducând relaţiile de mai sus pentru conductivitatea electrică staţionară a semiconductorului obţinem: ΔσST= qg (μn τn+ μp τp) 36 Figura 8.Variaţia în timp a purtătorilor de sarcina la iluminare Dacă unul din termenii relaţie de mai sus este mult mai amre decât celălalt, atunci are loc fenomenul de fotoconducţie monopolară şi este descris de o relaţie de forma ΔσST=qgμτ Prin urmare, fotoconducţia staţionară se poate caracteriza cu ajutorul a cinci parametrii: α,μ,R,τ,ή. Trei parametri(α, ή, R) descriu interacţia dintre lumină şi semiconductor iar ceilalţi doi caracterizează interacţia purtătorilor de sarcină în interiorul semiconductorului şi dau informaţii atât asupra mişcării cât şi asupra proceselor de recombinare. Timpul de relaxare al fotoconducţiei Fiecare puratator de sarcină de neechilibru, de exemplu electronul participa la mişcarea termică prin urmare , deplasându-se în banda de conducţie , are o probabilitate finită de a se recombină. Dacă în momentul t=0 începe iluminarea semiconductorului, atunci aşa cum am văzut mai sus, conductivitatea electrică staţionară se atinge după un anumit timp, iar după 37 componente de goluri şi electroni ale conducţiei electrice staţionare sunt proporţionale cu concentraţiile de neechilibru Δn şi Δp. ea nu dispare instantaneu.încetarea iluminării. Variaţia în timp a concentraţiei purtătorilor se poate scrie unde r este rata netă de recombinare există două cauri de relaxare a fotoconducţiei: la nivele mici de injecţie şi la nivele mari de injecţie. noi ne vom interesa numai de procesele de relaxare ale mărimilor Δn şi Δp. în fiecare moment. În continuare să vedem cum variază în timp conductivitatea de neechilibru. Curbele de creştere sau descreştere a conducţiei de neechilibru poartă denumirea de curbe de relaxare a fotoconducţiei. Figura 9.Relaxarea concentraţiei purtătorilor de sarcină în cazul iluminării semiconductorului cu impulsuri dreptunghiulare de lumină Fotorezistenţă 38 . Deoarece. Fotorezistentele se pot utiliza aţa în curent continuu cât şi în curent alaternativ. mai ales pentru nivele scăzute ale iluminării. Figura 10. În domeniul radiaţiilor infraroşii se utilizează fotorezistenţe din PbS. Prin generarea termică de perechi electrongol. InAs. Rezistenţa ohmica a fotorezistenţei scade cu creşterea iluminării. PbSe. Aceste tipuri de fotorezistenţe nu sunt însă produse la scară industrială. Fotorezistentele din CdS au o sensibilitate spectrală maximă de undă de 600nm. Alegerea corectă a unei fotorezistenţe depinde de lungimea de undă a radiaţiei urmărite. InSb care trebuie însă răcite cu elemente Peltier sau în criostate pentru reducerea zgomotului termic. iar fotorezistentele din CdSe pentru lungimea de undă de 720nm. Te. Valoarea fotorezistentelor depinde de modificarea temperaturii.Fotorezistentele (LDR – light dependent resistors) sunt componente electronice pasive ce îşi modifica conducţia electrică în funcţie de intensitatea radiaţiei luminoase incidente pe suprafaţa fotosensibila. Caracteristiciile de sensibilitate spectrală ale fotorezistentelor sunt înguste şi depind de material.Caracteristică rezistenta. Cele mai cunoscute fotorezistenţe sunt cele realizate din sulfură de cadmiu şi cele realizate din selenura de cadmiu. temperatura cauzează zgomot termic.iluminare a unei fotorezistenţe 39 . ceea ce le afectează sensibilitatea la radiaţia incidenta. De altfel. şi anume de aproximativ 10 ms pentru fotorezistentele din CdSe şi 100ms pentru cele din CdS. definită că raportul dintre If/ Φ 1 unde If reprezintă curentul prin fotorezistenţă atunci când este alimentată la o tensiune U şi este iluminată cu fluxul 40 . definită că rezistenţa electrică a fotorezistenţei neluminate: Sensibilitatea specifică. viteza mică de răspuns reprezintă un dezavantaj al fotorezistentelor.Figura 11. Caracteristică de răspuns spectral pentru diverse tipuri de fotorezistenţe Timpul de răspuns este de ordinul zecilor şi sutelor de milisecunde. Parametrii cei mai importanţi ai fotorezistentelor sunt: Rezistenţa de întuneric R0. luminos Φ Dintre caracteristicile cele mai reprezentative se specifică următoarele : Caracteristică curent-tensiune. luând iluminarea I1 ca parametru Dependenta rezistenţei de iluminare Caracteristică de răspuns spectral Fotorezistentele au preţuri dar şi performante mai scăzute şi sunt utilizate la măsurarea parametrilor radiaţiei luminoase sau în aplicaţii pentru care se foloseşte lumina Figura 12. care reprezintă dependenta curentului prin fotorezistenţă de tensiune la borne . Varianata constructivă a unei fotorezistenţe Fotorezistentele sunt realizate într-o varietate de forme şi dimensiuni. 41 . În figură 12 este reprezentată varianta constructivă a unei fotorezistenţe comune din CdS protejată de umiditate şi temperatura prin încapsulare în material plastic. . lichidelor sau a gazelor.Figura 13. Cele mai obişnuite mijloace de măsurare a temperaturii sunt : Ø Termometre cu lichid 42 . 20 000K..dimensiunile. variaţia frecvenţei de rezonanţă a uniu cristal. intensitatea radiaţiilor emise .5 000K în majoritatea aplicaţiilor ştiinţifice. timpul de răspuns al traductorului. una din restricţiile care se impun la utilizarea traductoarelor de temperatura este intervalul util de temperatură în care acestea pot funcţiona. Intervalul de temperatură în univers se întinde de la aproximativ 0 K în spaţiul interplanetar până la miliarde de K în procesele de fuziune nucleară din interiorul unor unor stele.. industriale . Cele mai importante dintre acestea sunt : dilatarea solidelor. sensibilitatea. care nu poate fi acoperită de nici unul din tipurile cunoscute de traductoare de temperatură. Aceasta este încă o gamă extrem de largă. pe vând altele nu sunt în general interschimbabile.2 Senzori şi traductoare pentru temperatura Măsurarea temperaturii se bazează pe diferite efecte fizice determinate de variaţia temperaturii.. tensiunea electromotoare la joncţiunea a două metale. în general. Intervalul practic de temperatura pe pământ poate fi considerat între 0. O caracteristică importanta în multe cazuri este interschimbabilitatea: unele traductoare sunt interschimbabile. Exemple de fotorezistenţe 4. sau 0. De aceea. variaţia rezistenţei electrice. Alţi parametri importanţi sunt exactitatea de măsurare. Cei mai utilizaţi senzori pentru temperatura sunt realizaţi din siliciu în diferite componente cum ar fi : Termistori Termoelementele pe siliciu Diode cu joncţiuni Tranzistoare bipolare Circuite integrate Toţi aceşti senzori se bazează pe efecte termice în semiconductori şi în joncţiunile semiconductoare. În prezent există o mare varietate de modele de dispozitive folosind la baza joncţiunea pn.Ø Termometre bimetalice Ø Termometre manometrice Ø Termocupluri Ø Termorezistoare metalice Ø Termistoare Ø Termometre cu tranzistor Ø Termometre cu cuarţ Ø Pirometre de radiaţie Termometre cu joncţiune p – n Materialele şi dispozitivele semiconductoare sunt larg utilizate pentru măsurarea temperaturilor într-o gamă de valori relativ restrânsă (-50 C – 250C) ce depind de materialul semiconductor. Utilizarea senzorilor de temperatură cu joncţiuni semiconductoare pentru 43 . Pentru diode dependenta caracteristicii VD cu temperatura este neliniara şi neproductibila pentru cerinţele unor 44 . aşa cum se poate observa în Figura 14. Diode şi tranzistoare bipolare Într-o primă aproximaţie nu pare nici o diferenţă dintre diodele şi tranzistoarele (cu conexiune între colector şi baza) utilizate ca senzori de temperatură .[-50°C. În al doilea rând. Atâta VD cât şi VBE variază cu temperatura aproximativ după o lege liniara cu condiţia ca să se păstreze un curent constant prin joncţiune. fapt considerat un dezavantaj pentru majoritatea circuitelor electronice.. Graţie acestor structuri au apărut şi s-au dezvoltat diverse microsisteme de măsură şi control bazate pe aşa numiţii senzori inteligenţi..gamă de temperaturi în intervalul. Totuşi această dependenţă poate fi utilizată pentru măsurări de temperatură.. pentru diferitele tipuri de senzori se pot încorpora circuite specializate de condiţionare a semnalelor într-un singur circuit integrat monolitic sau hibrid. Dioda şi Tranzistorul bipolar folosiţi ca senzori pentru temperatura Caracteristică directă a I-V a unei joncţiuni p-n este dependenta de temperatură.. Se foloseşte dependenta de temperatura a tensiunii VD la bornele unei joncţiuni pn alimentată direct.+150°C] este foarte răspândită datorită proceselor de fabricaţie a dispozitivelor semiconductoare la scară largă şi preţuri competitive. 2mV/K cu o neliniaritate de 0. Acurateţea în tranzistor este mai bună decât într-o diodă. de nivelul curentului de alimentare şi de geometria tranzistorului.este o constantă care depinde de densitatea curentului şi de parametrii de proces ‚T’. Când un tranzistor lucrează la un curent de colector I C constant(colectorul şi bază sunt conectate împreună). tensiunea emitor – baza VBE descreşte aproape liniar cu temperatura.temperatura în grade Kelvin În practică sensibilitatea unui tranzistor cu siliciu este de ordinul 2. Calibrarea senzorilor de temperatură Se măsoară VBE la o temperatură de referinţă şi se determina valoarea constantei ‚a’ Valoarea factorului a depinde de curentul aplicat pe joncţiune (1mA÷10mA) 45 .34 mv/C Tensiunea VBE este independentă de procesele tehnologice. VBE = VBE – a*T Unde VBE0= 1.sisteme precise de măsură. De aceea este indicat să se folosească dependenta de temperatura a tensiunii baza-emitor VBE a unui tranzistor alimentat cu un curent constant Ic pe colector. de aceea vom folosi tranzistoare bipolare(npn sau pnp).27 V ‚a’ . Circuitul integrat LM 335 este un senzor de temperatură fabricat din siliciu care dă la ieşire o tensiune de aproximativ 10mV/K. chiar dacă curentul prin circuitul integrat variază în domeniul 450μA şi 5mA. acestea nu prezintă aceeaşi valoare pentru un curent egal. Folosind un circuit difential de amplificare cu un factor calculat în funcţie de acest raport se poate obţine o ieşire liniara de 10 mV/K pe un interval larg de temperatură.150°C) şi cu o eroare de 46 . Domeniul de măsurare al temperaturii este (-55°C . Senzor de temperatură cu circuit integrat lm 335 Dezavantajele utilizării unui singur tranzistor ca senzor de temperatură constau în faptul că prezintă o neliniaritate destul de pronunţată . O altă variantă pentru eliminarea acestor inconveniente în determinarea temperaturii consta în folosirea unei perechi de tranzistoare bipolare ale căror curenţi de colector au raportul constant IC1/IC2=ct. În acest fel cu aceeaşi aparatură se pot determina temperaturile cu diferite tranzistoare. în plus necesitatea unui curent de colector constant.Din cauză că tranzistoarele sunt de diverse arii şi fabricate prin diverse tehnologii. De aceea se determina valoarea constantei ‚a’ egală la mai mulţi tranzistori prin variaţia curentului I C prin joncţiune. Senzor de temperatură cu sensibilitatea de 10mV/K Un avantaj major al acestui senzor este timpul de răspuns care este mic în comparaţie cu alţi senzori.echivalentă a senzorului Figura 16.Schemă. Caracteristică de transfer V= f (T) a senzorului LM335 47 .0. Figura 15.1°C . Figura 17. stocarea informaţiilor şi nu în ultimul rând o posibilitate de automatizare a proceselor industriale. mecanică fluidelor sau acustică. nucleare care produc energie mecanică. Conexiunile circuitului LM 335 4. instaltiilor hidraulice. traductoarele pot fi catalogate în: Traductoare de presiune absolută (presiune măsurată în raport cu vidul) Traductoare de presiune relativă (măsurată în raport cu presiunea atmosferică) 48 . termice .3 Senzori de presiune Pentru măsurarea presiunii în diverse procese tehnologice sau pentru urmărirea totalităţii parametrilor unui sistem automatizat este necesară o centralizare a acestora către un pupitru de urmărire şi comanda. prelucrarea facilă. termică sau electrică necesita măsurarea şi supravegherea permanentă a presiunii de lucru. termoenergetica. etc. reglarea presiunii este realizată în vederea unei corecte desfăşurări a proceselor tehnologice.etc. Traductoarele electronice de presiune reprezintă una din categoriile de traductoare care cunosc o largă răspândire în automatizările industriale. În multe ramuri industriale. După modul în care este exprimată valoarea presiunii. permiţându-se astfel transmiterea la distanţă a datelor. În acest scop este absolut necesară o transformare a acestor parametrii ne-electrici într-o mărime electrică. Presiunea este o mărime fizică importanta în studiul fenomenelor din termodinamică. În domeniul măsurărilor industriale. aerodinamică. cum ar fi industria petrolului. presiunea constituind un parametru de bază pentru numeroase procese tehnologice. biofizica. chimiei. la barometre pentru staţii meteo. având integrat elementul sensibil şi partea electronică de procesare pe un singur cip din siliciu.8 v. Oferă un domeniu cuprins între 15 şi 115kPa. ieşirea este cuprinsă în domeniul 0. Dimensiunile sunt foarte reduse iar greutatea este de numai câteva grame.5% 49 . sunt compensaţi în temperatura şi calibraţi din fabrică.alimentare. Senzorii MPX 4115 sunt de tip absolut. Aceşti senzori au ca element sensibil o membrană piezorezistivă. 4.. eroarea maximă este de 2. Traductoare de presiune diferenţială (diferenţa a doua presiuni oarecare) Traductoarele de presiune au următoarele părţi principale: Elementul elastic cu rolul de a converti presiunea într-o deformaţie mecanică Dispozitivul de conversie ce are rolul de a converti deformaţia mecanică în variaţie de tensiune electrică Adaptorul ce are rolul de a converti tensiunea electrică în curent electric Elementele clasice ce echipează traductoarele de presiune pot fi : Membrane simple sau duble Tuburi ondulate Tuburi Bourdon Senzori integraţi MPX 5500 şi MPX 4115AP Aceşti senzori de ultima generaţie produşi de sivizia Freescale din cadrul companiei Motorola sunt de tip monolitic. electronică pentru ieşirea în tensiune. conceput pentru aplicaţii unde este necesară măsurarea vacumului.2.aceşti senzori fiind concepuţi special pentru interfaţarea la convertoare analog – digitale sau la microcontrolere cu intrări analogice. metalizări cu filme subţiri.. Există o largă varietate de aplicaţii posibile.etc. Schema bloc MPX 50 . Senzorii MPX 5500 sunt de tip diferenţial.7 V..009*P+0..2. Figura 18.0018*P+0.5% Funcţia de transfer Vout=Vs(0..Funcţia de transfer: Vout=Vs(0.tipic +5V. 4.5 atm) ieşirea este cuprinsă în domeniul 0. oferă un domeniu cuprins între 0 şi 500 kPa (0..04)± Error Unde VS este tensiunea de alimentare.095)± Error Unde Vs este tensiunea de alimentare. eroarea maximă este de 2. Radiaţia infraroşie nu poate fi văzută dar poate fi detectată. care mai conţine şi radiaţia vizibilă şi cea ultravioletă.8 până la 100 microni. Aceasta poate fi obţinută prin măsurarea optică sau acustică a modificărilor din câmpul „vizual”. Un senzor de prezenţa este un detector de mişcare integrat cu un dispozitiv de temporizare. Radiaţia infraroşie are lungimea de undă în intervalul 0. Acesta simte când mişcarea s-a încheiat şi pentru o perioadă de timp predeterminată acţionează un trigger.4 Senzori de prezenţa Un detector de mişcare electronic conţine un senzor de mişcare ce transforma detecţia mişcării într-un semnal electric.Figura 19. Obiectele care generează căldură produc de asemenea şi radiaţie infraroşie şi 51 . Senzorii MPX Figura 20. Structura senzorului MPX 5500 4. Radiaţia infraroşie este o parte din spectrul de radiaţie electromagnetică. Această radiaţie este invizibilă ochiului uman dar poate fi detectată de dispozitive electronice specializate. Mişcarea aparenta este detectată în momentul în care o sursă emiţătoare de infraroşu cu o anumită temperatura. cel din urmă având cea mai puternică lungime de undă a radiaţiei 9. Mulţi producători oferă spre coercializare detectori cu tehnologie PIR/microunde ce au funcţia (imunitate la animale de casa) aceasta dă posibilitatea detectorului de a ignora corpuri calde aflate în mişcare de până la 18.printre acestea putem enumera animale şi corpul uman. Aceşti detectori în dubla tehnologie reduc dramatic numărul de alarme false. nu emite nici o cuantă energetică Ultrasunete (activ) – senzorul emite impulsuri de energie şi măsoară răspunsul prin reflexie al unui obiect în mişcare Microunde (activ) – senzorul emite impulsuri de microunde şi măsoară răspunsul prin relexie al unui obiect în mişcare similar unui radar Detectori de mişcare în dubla tehnologie O mare parte din detectorii de mişcare moderni folosesc o combinaţie de tehnologi diferite. Dacă acesta din urmă detectează mişcare abia în acel moment este declanşată o alarmă. cum ar fi corpul uman. Există 3 tipuri de senzori folosiţi ca detectoare de mişcare: Infraroşu pasiv (PIR) – urmăreşte temperatura corpului. max 36kg. trece prin faţa unei surse cu o altă temperatura .4μm. De cele mai multe ori tehnologia PIR este combinată cu o alta pentru a obţine o precizie mai bună şi pentru a reduce consumul energetic. Senzorii cu infraroşu pasivi ( PIR ) sunt dispozitive electroice ce maosara energia infraroşie radiată de obiecte din câmpul de acţiune.cum ar fi un perete. Tehnologia PIR consuma mai puţină energie decât cea de detecţie prin microunde şi de aceea mulţi senzori sunt proiectaţi ca atunci când senzorul PIR este activat să intre în funcţiune senzorul cu microunde. Toate obiectele emit radiaţie infraroşie conform conceptului „radiaţia corpului negru”. Termenul pasiv în acest caz semnifică faptul că tehnologia PIR nu emite 52 . energie de nici un tip ci doar accepta energie infraroşie. de material piroelectric. sunt folosite câteva mecanisme de a focaliza energia infraroşie îndepărtată pe suprafaţa senzorului. 53 . Senzorul este de regulă realizat că parte a unui circuit integrat şi constă în una. Releul de comandă este de regulă de tip normal închis. CsNO 3 . două sau patru suprafeţe idendice.fluoruri polivinilice. Într-o astfel de configuraţie. de regulă sub formă de „film subţire”.LiTaO3. Senzorul de mişcare poate avea instalată la exterior o lentilă Fresnel sau segmente de oglinzi parabolice pentru a focaliza energia. atunci când sunt folosite oglinzi la interfaţa cu mediul exterior detectorul nu poate avea lentile Fresnel de asemenea se folosesc învelişuri sau lentile pentru a filtra lungimea de undă la nivelul a 8 .14µm aceasta deoarece radiaţia infraroşie emisă de corpul uman este de regulă în jurul valorii de 9. De observat că o pereche de senzori în configuraţii diferenţiale nu pot măsura temperatura şi de aceea sunt folosiţi doar ca detectori de mişcare. În general. acesta din urmă fiind un cristal cu proprietăţi atât piroelectrice cât şi piezoelectrice. dispozitivul va acţiona releul. Aceasta oferă dispozitivului posibilitatea de a ignora alarmele false în cazul expunerii la flash-uri de lumină din motive de iluminare abundenţă. o creştere a energiei infraroşii la nivelul ambelor celule nu este luată în considerare astfel încât dispozitivul nu va alarma. Un dispozitiv PIR poate fi asemănat cu o cameră în ifrarosu ce memorează cantitatea de energie focalizată asupra ei. Perechi de celule senzor pot fi conectate invers la intrările unui amplificator diferenţial. De regulă detectoarele PIR sunt prevăzute cu relee pentru comanda sistemelor de alarma sau a sistemelor de iluminare. ca dimensiuni.4µm. măsurătorile PIR se anulează reciproc pentru că temperatura medie a suprafeţei monitorizate să fie eliminată. Dacă cantitatea de radiaţie infraroşie focalizată asupra senzorului se modifica pe o perioadă predeterminata de timp. În acelaşi timp acest aranjament diferenţial minimizează interferenţele naturale sau artificiale cum ar fi existenţa unui câmp electric în apropiere. pentru senzorii de mişcare. Senzorul sau senzorii PIR sunt realizaţi din materiale piroelectrice naturale sau artificiale. din GaN. Dacă detectorul ar fi poziţionat spre o fereastră există posibilitatea apariţiei unei alarme false de la surse puternice aflate în exteriorul clădirii. Aceasta deplasare determina circuitele electronice să activeze releul. Deplasarea punctului rece la fel ca în cazul punctului cald va declanşa starea de alarmă. la nivelul suprafeţei celulei senzor se va crea un punct rece. Detectoarele PIR sunt folosite în diverse aplicaţii iar acelea ce se instalează în sisteme de securitate folosesc multiple lentile Fresnel sau mai multe segmente de oglinzi pentru o rază de acţiune de aproximativ 9m.O persoană ce intră în spaţiul monitorizat este detectatat în momentul în care energia infraroşie emisă de corpul acesteia trece printr-o lentilă Fresnel sau un segment de oglindă şi atinge o secţiune a celulei senzor într-un punct care la momentul anterior urmărea o suprafaţă de o altă temperatura. Odată cu mişcarea persoanei. se deplasează şi punctul fierbinte de la suprafaţă cipului. probabil prin mascarea semnăturii termice a corpului său. 54 . Acea porţiune la nivelul celulei senzor este acum mai caldă decât la momentul anterior când intrusul nu se afla în zona monitorizată. dacă un intrus ar încerca să păcălească un detector PIR. astfel generând starea de alarmă. În mod similar. chiar dacă radiaţia infraroşie la care senzorii sunt sensibili nu trece suficient de bine prin sticla. Alte modele folosesc câte un singur segment de oglinzi şi au o rază de până la 30m. Producătorii detectoarelor PIR subliniază importanta instalării adecvate a acestor dispozitive.de regulă mai rece. din aria monitorizată. Ei sugerează instalarea pe poziţii în care detectorul PIR să nu vadă în afara unei ferestre şi să nu fie amplasat într-o poziţie în care ar putea detecta surse de aer cald. De asemenea există modele cu oglinzi orientate reversibil care fie au posibilitatea de a detecta un spectru de până la 110° sau similar pentru unghiuri mai mici. Dacă detectorul este amplasat în direcţia unui flux de aer cald/rece el poate declanşa alarme false datorită modificării tempraturii carcasei în care se afla montat. Unghiul de vizibilitate al unui senzor de prezenţa Senzorul piroelectric este realizat din materiale cristaline care generează o sarcină electrică de suprafaţa atunci când este expus la căldură sub formă de radiaţie infraroşie. Elementele senzorului sunt sensibile la o radiaţie de spectru mare. Atunci când cantitatea radiaţiei de contact la nivelul cristalului se modifică. 55 .Figura 21. Pentru realizarea unui detector de prezenţa umană sunt necesare filtre care să limiteze spectrul de radiaţie între 8 – 14 µm. se modifică în acelaşi timp şi cantiatea de sarcină electrică aceasta putând fi măsurată cu un dispozitiv FET( tranzistor cu efect de câmp) inclus în senzor. ei au capacitatea de a detecta mişcare pe toate cadranele 56 . modificări de temperatură şi radiaţie solară. Fiecare din cele două etaje cascadate are un câştig de 100 pentru pentru a obţine un câştig total de 10 000. Un corp ce trece prin fata senzorului va activa primul element şi apoi pe al doilea element aşa cum este descris în figură 23. Schema bloc a unui senzor de prezenţa În figură 22 este prezentată schema bloc a unui senzor de prezenţa. Amplificatorul este de regulă limitat superior în banda de 10Hz pentru a elimina zgomotul de frecvenţă înaltă şi este urmat de un comparator ce răspunde la tranziţiile pozitiv şi negativ ale semnalului de ieşire al senzorului. astfel încât ambele elemente să fie expuse secvenţial sursei de radiaţie. Acest ranajament elimina semnalele cauzate de vibraţii. Se poate observa cum terminalul sursa al tranzistorului cu efect de câmp se conectează printr-un rezistor de aproximativ 100 K la masă pentru că apoi să treacă într-un amplificator dublu etajat cu circuite de condiţionare a semnalului. Senzorii de prezenţa ai sistemelor de securitate de ultima generaţie înglobează două perechi de elemente sensibile şi îi regăsim în literatura de specialitate sub denumirea de senzor PIR 3D. Sursa de radiaţie trebuie să treacă prin fata senzorului pe o direcţie orizontală. În caz contrar orice altă sursă va afecta ambele elemente simultan şi alarma va fi ignorată. Un senzor de prezenţa are de regulă 2 elemente sensibile conectate într-o configuraţie de buclă de tensiune.Figura 22. O sursă de alimentare bine filtrată de 3 – 15 V este conectată la terminalul drain al tranzistorului FET. Acestea sunt lentile plan convexe care au fost modificate în formă lentile plate ce îşi păstrează caracteristicile optice dar este mult mai îngustă astfel realizând mai puţine pierderi prin absorţie. Ele sunt proiectate de aşa natură încât fata cu striaţii să fie orientată senzorul IR iar fata plana să fie orientată la exterior .Figura 23.5 sm şi are o suparafat de 9. În figură 24 următoare se poate observa poziţionarea lentilei Fresnel faţă de elementul sensibil.6 cm 2. Aceste lentile sunt construite din material transparent la infraroşii şi are un spectru de penetrare IR cuprins între 8 – 14 µm pentru a permite sensibilitate numai la nivelul radiaţiei corpului uman. suprafaţă ce de regulă reprezintă interfaţă cu mediul extern. Elementul lentilei este rotund cu un diametru de 2. 57 . Cele mai des utilizate lentile Fresnel pentru senzor de prezenţa au o distanţă focala de 1.6 cm de la lentilă până la elementul sensibil. aceasta a fost determinată experimental pentru a avea un unghi de vizibilitate de aproximativ 10°. Principiul de detecţie PIR Pentru o mai bună precizie şi filtrare a radiaţiei se folosesc lentile Fresnel. Poziţionarea lentilei Fresnel 4. Proiectanţii au încercat să obţină senzori cu durata lungă de viaţă.ei pot fi realizaţi astfel încât să detecteze 58 . De asemenea. stabilitate cu temperatura şi cu cili de calibrare reduşi. sensibilitate ridicată. De câţiva ani detecţia gazelor a devenit accesibilă consumatorilor şi instalaţiilor comerciale.Figura 24. Modul de detecţie a gazelor a evoluat ajungându-se la tehnologii avansate cum ar fi : Electrochimică Cu pelistori catalitici Cu semiconductori Cu radiaţii infraroşii Senzorii de gaz pe infraroşu (IR). care fac parte din dispozitivele în stare solidă. nu reacţionează chimic cu gazul. Acest lucru a forţat proiectanţii de senzori să dezvolte detectori care să fie atât siguri cât şi eficienţi din punct de vedere al costului. Se foloseşte din ce în ce mai des detecţia de monoxid de carbon pentru siguranţa căminelor şi detecţia de dioxid de carbon pentru controlul ventilaţiei în clădiri.5 Senzori detectori de gaz Mulţi ani detecţia gazelor era utilizată doar în industria chimică şi apoi în agricultură. În practică. 59 .anumite stări de funcţionare necorespunzătoare şi să alerteze utilizatorul. Cu alte cuvinte senzorii pe infraroşu nu creează situaţii periculoase atunci când apar probleme. un senzor va măsură concentraţia unui gaz în funcţie de absorbţia măsurată. Un detector asociat este dotat cu un filtru optic astfel încât poate să monitorizeze doar intensitatea unui anumit tip de bandă de frecvenţă. Un senzor simplu cu un singur canal interpretează orice pierdere a radiaţiei infraroşii ca o consecinţă a creşterii absorbţiei de către gazul vizat. În acest caz se foloseşte un canal de referinţă care măsoară modificările în radiaţia infraroşie care nu sunt cauzate de gazul vizat. Ig utilizând relaţia: Absorbţia creste cu: -cresterea concentraţiei de gaz -cresterea lungimii caii optice între detector şi sursa. pentru corectarea unor astfel de probleme se adăugă senzorului un detector de referinţă. pentru o lungime de undă dată a căii de la detector la sursă. Cunoscându-se dependenta absorbţiei de concentraţia de gaz. Un canal de referinţă ideal are exact aceeaşi cale optică ca şi canalul sensibil şi nu are nici un fel de absorbţie de către gazul vizat sau de către alte posibile gaze de interferenţă. Caracteristică de ieşire a senzorului este numită „absorbţie” şi reprezintă pierderea procentuala a radiaţiei infraroşii care atinge detectorul în orezenta şi în absenţa gazului vizat în celulă de gaz. Absorbţia este calculată folosindu-se semnalele măsurate în absenţa gazului I0 şi în prezenţa gazului vizat. Frecvenţa radiaţiei este mai des exprimată în lungimi de undă. Aceasta bandă de frecvenţă este selectată pentru a se potrivi cu o bandă de frecvenţă cuprinsă în spectrul de absorbţie a gazului vizat şi ieşirea detectorului este astfel afectată de concentraţia gazului vizat. Important de observat este ca dioxisul de carbon. Concentraţia mare de CO2 din spaţii închise este indicatorul unor condiţii sărace de ventilaţie ceea ce poate conduce la acumularea de alte gaze nocive şi la probleme de sănătate ale celor care îşi desfăşoară activitatea în aceste spaţii. e totuşi mai puţin dificilă decât măsurarea concentraţie monoxidului de carbon sau a formaldehidei. Senzorul este construit din poliacetat rezistent la majoritatea acizilor slabi. Conţine partea electronică primară de tratare a semnalului. În medii industriale. Amplitudinea semnalului de ieşire de la detectorul activ este redusă pe măsură ce radiaţia optică este atenuata la trecerea prin gazul de dioxid de carbon. bazelor şi solvenţilor şi de asemenea rezistent la expunerea îndelungată de H 2S(hidrogen sulfurat). În clădirile cu birouri. Detectorul „referinţă” este insensibil la această schimbare prin utilizarea unui filtru diferit. săli de conferinţă. la concentraţiile la care se găseşte în mod normal în clădiri. conform OSHA (Agenţia Europeană pentru Sănătate şi Sănătate în munca) limita de CO 2 pentru o expunere de 8 ore este de 5000ppmv iar pentru o expunere de 15 min de 30 000pmv.Dioxidul de carbon este un gaz fără miros. Asta permite utilizarea unei lungimi mici a căii optice menţinând o rezoluţie satisfăcătoare. Senzorul are doi detectori de radiaţii infraroşii. nu este considerat un gaz nociv. Deşi măsurarea concentraţiei de CO2 nu este uşoară. IR21AA funcţionează normal în medii având de la 0 până la 100% umiditate relativă şi temperaturi de la -10° la +50°C. De aceea pentru determinarea calităţii aerului din spaţiile închise se prefera măsurarea dioxidului de carbon. Filtrul de la detectorul activ etse transparent la banda fundamentală de absorbţie a dioxidului de carbon. de la 400 până la 2000 ppm. Senzorul IR21AA este proiectat pentru detectarea şi monitorizarea prezenţei dioxidului de carbon în aerul ambiental cu concentraţii între 0 şi 3000 ppmv (parts per million by volume) cu o rezoluţie mai mică de 60 ppmv (2%FSD). de cinema sau magazine nu se ajunge la asemenea concentraţii. 60 .incolor şi este toxic doar când concentraţia acestuia atinge de 25 de ori nivelul de concentraţie normal din aerul ambiental (~380ppm). Acest senzor este destinat în principal monitorizării nivelelor de CO 2 în aplicaţii din horticultura şi calitatea aerului. Sensibilitatea la CO2 este arătată în figură 25 Figura 25. ex 100% N 2 în timpul calibrării. Sensibilitatea la CO2 61 . Absorbţia fracţionara (Fa) este determinată prin următoarea relaţie: Fa= Unde S1 şi S2 sunt valorile de vârf ale semnalelor de la detectorul activ. respectiv referinţă.Făcând raportul celor două semnale de la detectori. utilizatorul poate discrimina reducerea semnalului din cauza gazului analizat şi din cauza mediului şi a variaţiilor fizice. R=S1’/S2’ Unde S1’ şi s2’ sunt S1 şi S2 determinate în absenţa dioxidului de carbon . În cazul unei surse constante de radiaţii semnalul de la detectori va arăta ca în figură 26 următoare: Figura 26.εl cn Unde : I este proporţional cu semnalul de la detectorul activ I0 este proporţional cu semnalul de la detectorul de referinţă ε este o constantă dependenta de gazul vizat 62 .Natura detectorilor este dependenta aţa de constantă de timp electrică cât şi de cea termică a materialului piroelectric. Semnalul aşteptat de la detector pentru o tranziţie logică a semnalului de comandă a lămpii Analiza şi prelucrarea semnalului Răspunsul detectorului activ este dependent de concentraţia gazului urmărit prin relaţia: I=I0*e. Acest raport se referă în mod direct la I/Io şi compensează orice modificări ale intensităţii sursei sau degradare optică. 1-I/(Z*Io)=1. Raportul semnalelor de la detectorul activ şi cel de referinţă determina concentraţia gazului vizat. Combinând ultimele două relaţii obţinem : 1-Act /(zero*ref)=spân *(1-exp(-a*cn)) Cataloagele de date ale senzorilor conţin graficele absorbţiei fracţionale. Raportul poate fi determinat în mai multe moduri fie software fie utilizând un circuit de conversie A/D. 63 . l este lungimea caii C etse concentraţia gazului urmărit n este o constantă dependenta de gazul urmărit şi lungimea caii Când n=1 această relaţie este cunoscută sub numele Legea lui BEER LAMBERT. Pentru extragerea concentraţiei de gaz poate fi utilizată obsorbtia fracţionala normalizata cu expresia: Absorbţia fracţionala = 1-I/Io Absorbţia normalizata = 1-I/(Z*Io) Unde Z este valoarea raportului I/Io pentru un gaz de referinţă (exemplu azot). Relaţia inter absorbţia normalizata şi concentraţia de gaz este definită de relaţia : 1-I/ (Z*Io)=s*(1-exp9-a*Cn)) Unde : s este lungimea senzorului a şi n sunt constante dependente de tipul de senzor şi gazul urmărit C este concentraţia gazului urmărit.Act/(Zero*Ref) Unde Act este semnalul activ iar Ref este semnalul de referinţă. capabili să măsoare şi să raporteze variabile fizice corelate mediului înconjurător. Pentru aceasta. în reţelele compacte. De obicei. Reţelele de senzori sunt alcătuite în mod normal din sute până la mii de senzori cu 64 . Domeniul de desfăşurare al acestora cuprinde măsurarea variabilelor fizice şi detectarea evenimentelor. Pot de asemenea să detecteze şi să raporteze evenimente precum prezenta. în timp ce alţi senzori sunt puşi pe Sleep. am propus “ a greedy heuristic” (un mod de cercetare restrâns) pentru a spori timpul procesării soluţiei exacte. domeniile senzorilor de detectare se suprapun. propunem un organism care activează în mod dinamic un subset optim de senzori. este necesară o zonă largă de acoperire ca parametru QoS (Quality of Service). folosind CPLEX. Am arătat că modul de cercetare propus susţine soluţii acceptabile. Apoi. doar un anumit subset de senzori poate fi pornit. În aplicaţiile de supraveghere senzorii sunt utilizaţi pentru monitorizarea unei zone geografice şi. potrivită pentru reţelele la scară largă. Iniţial am modelat această problemă sub forma Integer Linear Programming (ILP). deţinând în acelaşi timp o complexitate polinominala . În această lucrare tratăm problema maximizării duratei de funcţionare a reţelei de senzori. mişcarea şi perturbarea zonei monitorizate.1 Introducere Senzorii sunt mici MEMS (Micro-ElectroMechanical Systems). într-o zonă de acoperire restrânsă. Prin urmare. bazându-se pe energii reziduale.CAPITOL 5 APLICAŢIE PRACTICĂ 5.1 ACTIVAREA SENZORILOR DINAMICI PENTRU MAXIMIZAREA DURATEI DE FUNCŢIONARE A REŢELEI ÎNTR-O ZONĂ DE ACOPERIRE RESTARNSA Abstract – Reţelele wireless cu senzori sunt alcătuite dintr-un număr mare de senzori cu energie şi capacitate de procesare limitate. de obicei. 5. cunoscute sub numele de “Processing node” (PN) sau “sink” [1]. Datele colectate sunt transmise unui nod special. etc). ariile sensibile ale senzorilor vecini se suprapun. Când reţeaua este compactă. Considerăm o reţea de senzori care monitorizează o anumită zonă Z. Spre deosebire de reţelele “wired” sau reţelele wireless obişnuite ( celular. Tratăm problema maximizării duratei de funcţionare a reţelelor cu snzori asigurând o zonă de acoperire predefinita. echipat cu o sursă de putere mai mare şi capacităţi de procesare de asemenea mărite. O reţea cu senzori acoperă în totalitate o zonă atunci când cel puţin unul dintre senzori detectează şi raportează orice evenimnt care are loc în oricare dintre locaţiile incluse în zona respectivă.11.energie. care să alterneze “Sleep” cu “active modes” 2) Controlul eficient al puterii de transmisie pentru a asigura un trade-off optim între energiile de consum şi conexiuni 3) Găsirea şi adunarea eficientă a energiei. În general. reţelele cu senzori au o sursă de energie foarte limitată. 802. care este foarte rar înlocuită sau înnoită. PN colectează. filtrează şi pune laolaltă datele transmise de senzori. fapt care produce redundanţă în raportarea evenimentelor atunci când toţi senzorii activi care acoperă aceeaşi zonă raportează acelaşi eveniment apărut în zona respectivă. Pentru a salva bateriile senzorilor şi pentru o perioadă de funcţionare mai lungă. precum şi agregarea datelor 4) Compresia datelor pentru a reduce mulţimea de date nefolositoare transmise 5) Accesul eficient la canalea şi retransmiterea pachetului de protocoale la “Dată Link layer” Această lucrare poate fi poziţionată pe primul nivel. capacitate de procesare şi domenii de transmisie limitate. conservarea energiei este o problemă critică. Prin urmare. ridicată de studiile de cercetare [2] [3] [4] [6]. Această transmisie redundanţă reprezintă un consum inutil de energie. cu scopul de a extrage informaţiile utile. propunem un mechanism care 65 . Fiecare sensor are în interiorul său o arie sensibilă care detectează orice eveniment care are loc. conservarea energiei este tratată la cinci niveluri diferite : 1) Progamare eficientă a stărilor senzorilor. secţiunea VII concluzionează asupra acestei lucrări şi scoate în evidenţă câteva dintre direcţiile viitoare de cercetare. Un alt avantaj al balansării disipării energiei este că toţi senzorii vor funcţiona fără energie în aproximativ acelaşi timp. prezentăm câteva studii de cercetare relevante. Setările optime de acoperire sunt calculate raportându-se la energiile reziduale actuale ale senzorilor. implementam modelul nostrum utilizând CPLEX şi discutăm rezultatele simulării noastre. aşadar consumul de energie variază şi el de la un sensor la altul. descriem formal problema pe care o considerăm existenta şi care ne susţine ipotezele. fie pe un domeniu predefinit.Restul lucrării este organizat după cum urmează: în următoarea secţiune. Doar senzorii care aparţin setărilor de acoperire vor fi activate şi. În secţiunea V. În secţiunea IV. permiţând unui operator să îi înlocuiască dintr-o singură încercare. Nu în ultimul rând. 66 . În secţiunea VI. Aşa cum energiile reziduale variază odată cu timpul. În secţiunea III. senzorul optim de acoperire se poate schimba de la un interval de timp la altul. prin urmare. propunem un mod de cercetare de complexitate mică. vor disipa energie pe durata intervalelor în care sunt activi. simplificând prin urmare procedura de menţinere.calculează periodic un subset optim de senzori care acoperă zona Z fie întreagă. care se referă la conservarea energiei în reţelele cu senzori restrânse. Figura 27 descrie un exemplu de acoperire totală a setării senzorilor. modelăm problema noastră drept una ILP şi demonstrăm că este NP-complete. pentru rezolvarea problemei. 2 Lucrări pe aceeaşi temă Multe lucrări tratează problema salvării energiei în condiţiile restricţiilor ariei de acoperire [2] [4]. care pot fi mai rapide decât soluţia centralizată pe care o propunem noi. în mod evident. Pentru a maximiza perioada de funcţionare a reţelei. În orice caz.exemplu de acoperire totală a setării senzorilor 5. multe studii de cercetare 67 . dar care nu sunt.Figura 27. asigurând acoperirea. În [9]. senzorul fix poate fi oprit. autorii propun o structură hibrida interesantă compusă din senzori statici şi mobili. optime. programarea nodurilor statice (Active/Sleep) este aleatoare şi nu ia în considerare energia reziduală din nodurile statice. din moment ce ele nu iau în considerare toţi parametrii de reţea care interacţionează în cadrul unei probleme de optimizare globală. senzorii mobili asista senzorii statici. În afara programării temporale. Autorii propun un model mobil care reazlizeaza contribuţia dorită de noduri mobile pentru acoperire. Mişcarea nodurilor mobile este aleatoare. iar atunci când un nod mobil acoperă o zonă dată. Multe dintre aceste lucrări au propus soluţii punctuale [7] [4]. În [5]. acest protocol nu este optim. este propus un algoritm punctual pentru a găsi un subset optim de senzori asigurând o acoperire completă sau. Figura 28. Stările senzorului În orice caz. din cauza aspectului aleator al închiderii/pornirii nodului. În [10]. presupunând că celălalt nod va porni. bazându-se pe informaţia vecinilor săi. având în vedere faptul că rămâne o redundanţă importanta în zona acoperită şi. de asemenea.[2] [10] propun o schemă de programare spaţială bazată pe o activare selective a nodurilor pentru maximizarea duratei de funcţionare a reţelei. Probabilităţile de detectare acumulate sunt folosite pentru a mări aria de acoperire. Algoritmul propus foloseşte contribuţiile vecinului în ceea ce priveşte zona de acoperire şi verifică dacă poate fi obţinută probabilitatea de detectare dorită. activarea senzorilor este aleatoare şi nu depinde de energia lor reziduală. Un moment de oprire aleator asigura faptul că două noduri nu iau în acelaşi timp decizia de a se închide. Când se implementează Leach [12] într-un protocol ierarhic de date de comunicare existent. zonele sensibile ale senzorilor nu sunt considerate fixe. Un senzor decide să pornească transmisia radio atunci când descoperă cu o anumită probabilitate. protocolul propus în [11] arata salvarea unei anumite cantităţi de energie. atunci senzorul decide să se oprească. faptul că mai puţin de k din vecinii săi acoperă în întregime zona lui. Dacă intregil domeniu acoperit de un sensor este acoperit de un subset al vecinilor săi. în caz că nu este posibil. ci urmează o anumită distribuţie derivată din caracteristicile canalului de comunicare şi din pierderea caii normale de transmisie. În [11]. Senzorii au o probabilitate de acoperire derivată din caracteristicile aleatoare ale canalului de comunicare. 68 . cât mai puţine puncte fără acoperire. autorii propun un algoritm punctual pentru asigurarea zonei de acoperire de către fiecare senzor. ceea ce înseamnă că fiecare nod ia decizia proprie de a se porni sau de a se opri. În orice caz. Un eveniment care se petrece în afara unui anumit domeniu este totuşi detectat cu o probabilitate corespunzătoare. Algoritmul propus este punctual. astfel încât fiecare nod care mai are foarte puţină energie rămasă. întrucât ia în considerare aria de acoperire a fiecărui senzor şi nu energia să reziduală. poate fi ales în subset şi poate rămâne fără energie la pasul următor. fără a pierde din vedere esenţialul. care monitorizează anumite activităţi sau evenimente. nu putem prezica în care dintre aceste trei stări se afla un senzor atunci când este activat. disipând aproximativ aceeaşi energie pe unitatea de timp. există şi un cost energetic E SW. Receive şi Idle au aproximativ acelaşi consum de energie şi pot fi asociate stării în care senzorul radio este pornit. un senzor se poate afla într-una dintre următoarele patru stări. în mod evident. Când un senzor este Active. ceea ce poate genera foarte repede noduri “moarte” (dead nodes) rezultând discontinuităţi în acoperire. În această lucrare facem următoarele presupuneri : 69 . deoarece acest lucru depinde de distribuţia probabilitaii de apariţie a evenimentelor.ceea ce .7 W) Receive (0. având fiecare consumul lor de energie ( valorile date în exemplu sunt pentru senzorul WINS) : Transmit (0. Pe lângă această. pe unitatea de timp. algoritmul propus în [10] nu este optim. Receive sau să rămână Idle. 5. atunci când un senzor trece din starea Sleep în starea Active [8].36 W) Idle (0. reduce i\numărul de senzori activaţi din cadrul subsetului de acoperire.3 Descrierea problemei şi ipoteze În această lucrare considerăm o reţea de senzori desfăşurată într-o anumită zonă Z. reducând astfel energia consumată. în momentul planificării. disipând respectiv E Active şi ESleep .34 W) Sleep (0. în cazul senzorilor seismici WINS Rockwell. vom considera în această lucrare că senzorii pot fi în una din cele două stări : Active/Sleep.03 W) Stările Transmit. Aşa cum este arătat în [6]. acesta poate fi în starea Transmit. În orice caz. Deci.38-0. Aşa cum se arătă în figură 2. ca TDMA. sau cu ajutorul tehnicilor de localizare [13] 2) Senzorii activi surprind evenimentele atunci când acestea se produc în zonal lor şi apoi transmit mai departe informaţiile asociate acestor evenimente. nu consuma energie. atunci când toţi senzorii sunt active. 9) Durata de funcţionare a reţelei este definită ca fiind perioada de timp dintre momentul pornirii reţelei şi momentul primei “căderi” a nodului din 70 . disipează o energie medie pe unitatea de timp. Nu există consum de energie când se trece de la Active la Sleep 7) Informaţiile vor fi transmise (root) în “multi-hops”. Din moment ce senzorii sunt distribuiţi aleatoriu în zona monitorizată. fără niciun fel de “buffering”. Prin urmare. De asemenea. acoperă cercul cu centrul ( x i. y i ) şi raza Rs 4) Fiecare senzor are o energie iniţială E0 şi. În orice caz. în fiecare moment o energie reziduală Eri(t) 5) PN nu are limită de energie. Când un senzor este în starea Sleep. y i ) într-un sistem de referinţă bidimensional. “buffer-e” mici sunt necesare pentru a stoca datele care trebuie transmise 3) Toţi senzorii au aceeaşi zonă de percepţie R s. zona monitorizată are acoperire completă. nici la eficienta lor energetică. astfel încât. un senzor consuma o cantitate de energie fixă ESW. poziţiile lor pot fi găsite într-o fază “setup”. fără a ţine cont de distribuţia evenimentelor.1) Fiecare senzor si are un ID cunoscut şi o poziţie fixă (x i. 6) Când un senzor este Active. nu facem referiri în lucrarea de faţă. nici la mecanismele de transmitere. pentru unele protocoale pentru canale de acces. folosind un sistem GPS. atunci când trece din starea Sleep în starea Active. 8) Reţeaua este îndeajuns de compactă. folosind unuldin protocoalele de transmitere pentru reţelele cu senzori propuse de literatură de specialitate [14]. De altfel. 71 poate fi . Fie : S = {1…n} un set de N senzori distribuiţi aleatoriu într-o zonă pătrată Z cu latura L. Senzorul stabileşte că procesul de evaluare să fie iniţiat periodic la momentele k. depinzând de activitatea fiecărui senzor. 5. vom defini constantele şi coordonatele problemei.4 Modelarea problemelor Pentru a modela problema descrisă anterior. Deci. Setul de senzori Active. 10)Un set optim de senzori de acoperire va fi evaluat la momentele k. vor fi calculate pe baza energiilor reziduale care se pot schimba de-a lungul timpului.cauza lipsei de energie. dacă senzorul i este active la momentul planificării şi 0 dacă este în starea Sleep.T λ este o constantă strict pozitivă este o variabilă binară definită astfel : i = 1…N şi j = 1…M este o constantă care reflectă starea senzorului i în momentul în care este iniţiat procesul de planificare a activităţii acestuia. care reprezintă perioada de planificare şi k ≡ N.T. setul de senzori Active se poate schimba de la un interval de timp la altul. T. este rata ariei de acoperire cerută de aplicaţie T este senzorul perioadei de planificare a stării. Definim acum variabilele de decizie. care să fie soluţie pentru următoarea problemă cu variabile binare : Formule : 72 . ˅ i = 1…N.T care devine o constantă la momentul k. Fie : este o variabilă binară definite astfel : ˅ j = 1…M : Căutam setul optim de variabile .T este o variabilă binară definite astfel: ˅ i = 1…N .considerat că stare a senzorului i la momentul (k-1). Pentru modelarea restricţiilor ariei de acoperire împărţim Z în două celule elementare M=L L ca în Figură 27. Fie C = {1…M} setul de elemente care îl compun pe Z. Aceşti termini ai funcţiei obiective reprezintă pur şi simplu costul energetic al activării senzorului i. Forma funcţiei de scor Acest sistem minimizează o funcţie obiectivă (1a) care este o combinaţie liniara de variabile de decizie . În orice caz.Figura 29. fiecare întărită de un coeficient este luat în calcul în funcţia obiectivă numai dacă senzorul i este activat (de exemplu consumată şi energia de schimb care senzorul i era în starea Sleep ( ). ci are scopul de a echilibra consumul de energie de la un senzor la altul. acest termen va determina sistemul să activeze senzorii care au energie reziduală mai mare în special 73 . când . De fapt. Expresia reflectă energia care este luată în calcul doar în cazul în ) şi trece în starea Active . termenul nu reprezintă energie. Figura 3 descrie forma funcţiei obiective cu privire la energia reziduală pentru seturile S1 şi S2. Să presupunem că setul S1={s1} şi setul S2={s2. Deci. avem două soluţii posibile: să activăm S1 sau S2. cu atât va fi mai echilibrat consumul de energie. în special atunci când energia reziduală este scăzută. variaţia de prelucrare a timpului în funcţie de numărul senzorilor 74 . presupunând că E r2= Er3 şi considerând E0=100. să considerăm o reţea de trei senzori s1. Putem vedea că pentru valori mici ale energiei reziduale. aceasta deoarece au un pic mai multă energie reziduală. Dar. alegând 2 senzori care au energie reziduală de 25. în acest că. este. mult mai bine decata să activaţi doar unul singur care să aibă energie reziduală de 15.44 în timp ce ca setul S2 admite un obiectiv de 25. atunci când Er1 este mai mic decât Er2 şi Er3. Prin urmare. s3} acoperă amândouă reţeaua monitorizată. care minimizează funcţia obiectivă.pentru valori mici ale energiei reziduale. atâta timp cât conţine un numai singur senzor. se poate vedea ca setul S1 admite un obiectiv de 44. Prin urmare. această energie este echilibrată. Dacă toţi senzorii ar avea aceeaşi energie reziduală. Cu cât mai mare va fi . ar fi mai bines a se activeze senzorul S2 chiar dacă conţine mai mulţi senzori. s2 şi s3. este evident ca setul activat este S1. Figura 30. În Figură 3 de exemplu pentru E r1=15 şi Er2= Er3=25. De exemplu. ar fi mai bine să activaţi un set de doi senzori în loc de un singur senzor. NP – Completeness prezintă de obicei perioade de procesare cu creştere exponenţială atunci când obţin soluţia exactă folosind un instrument de programare matematică. am propus un model de cercetare restrânsă ( “greedy heuristic” ) prezentat în secţiunea următoare. ca de exemplu. Reprezintă contribuţia efectivă la acoperire a unui sensor şi favorizează alegerea unui 75 . Această problemă este NP-Complete deoarece solicitarea ca P cov = 1 şi ESW = 0 corespunde problemei de acoperire grafică. Numărătorul acestei fracţii reprezintă numărul de elemente acoperite de senzorul I care nu sunt încă acoperite de nici unul din senzorii deja aleşi pentru a fi activaţi. dacă şi numai dacă. Pentru a aborda acest timp de procesare cu creştere exponenţială şi pentru a avea o soluţie măsurabila. GR-COV alege senzorul i care are punctual de reper (score) cel mai înalt definit pentru fiecare sensor i prin: |Cov(i) ∩ (C −Cc)| (E0/Eri)λ . modelul nostru de cercetare restrânsă GR-COV construieşte setul de acpoerire senzor cu senzor. ˅ j=1…M. cel puţin un senzor îl acoperă (˅I astfel încât Xi . ILOG CPLEX. (1b) este o restricţie a zonei de acoperire.5 Model de cercetare restrânsă Aşa cum se arătă în Algoritmul 1. acestea afirma că orice element j este acoperit ( Yj = 1 ). Această manifestare este mult mai accentuate pentru zone mai mari de supraveghere ( valori mai mari ale lui L ). Atâta timp cât rata de acoperire zonala nu este atinsă.În ceea ce priveşte condiţiile restrictive. ˅ i=1…N. Se precizează că numărul de elemente acoperite ( aria acoperită a lui Z ) trebuie să fie egală cu Pcov x număr total de elemente. cunoscută a fi NP-Complete [15]. 5. (1c) şi (1d) sunt două seturi de condiţii restrictive care asigura o relaţie logică între Xi şi Yj. pij = 1 ). ( 1e ) şi ( 1 f ) stabilesc ca toate variabilele folosite sunt binare. Figura 4 arată modul în care tompul de procesare pentru obţinerea soluţiei exacte creşte exponenţial funcţie de numărul de senzori. Luate împreună. GR-COV porneşte prima oară cu întreaga configuraţie S de cardinalitate N. În ceea ce priveşte numitorul. Apoi. 5. din care trebuie găsit senzorul cu scorul cel mai mare. este mutat din S şi operaţia este repetată pe cei N-2 senzori rămaşi şi aşa mai departe. cu mai puţini senzori. În acest fel rata de acoperire P cov tinde să fie atinsă rapid. Senzorul cu cel mai bun scor este înlocuit din S şi pus în setul de senzori care vor fi activaţi. Căutarea celui mai bun scor are o complexitate de O(N) ţinând cont de faptul că toate scorurile senzorilor ar terbui procesate. Astfel. GR-COV generează o soluţie restrânsă care va fi comparată cu soluţia exactă oferită de CPLEX în termeni de durată de viaţă a reţelei şi de timp de procesare a soluţiei. o operaţie de complexitate O(N) este efectuată de Nori.6 Rezultatele implementării şi simulării În vederea măsurării performanţei mecanismelor propuse. aceeaşi operaţie este realizată din nou pe cei N1 senzori din S cu o complexitate de O(N). orice senzor ales pentru a fi inclus în configuraţia de acoperire trebuie să aibă cel mai bun raport între contribuţia sa efectivă în acoperire şi energia să reziduală ( care are mai multă importanţă pentru că este ridicat la puterea λ). Reţineţi că funcţia noastră obiectivă nu reprezintă un cost energetic real cid doar reflectă scopul nostru de echilibrare a energiei prin selectarea dinamică a nodurilor care au energie reziduală mare. 76 . Odată ce senzorul cu cel mai bun scor este găsit. Pentru a afla complexitatea GR-COV referitor la numărul de senzori. am implementat modelul şi condiţiile menite să soluţioneze problema (heuristic) în C++ şi am folosit softul ILOG CPLEX ca un instrument de programare matematică pentru rezolvarea modelului liniar cu variabilă binară în vederea obţinerii soluţiei exacte.sensor care acoperă n elemente neacoperite printr-un sensor care are aproximativ aceeaşi energie reziduală dar acoperă m elemente ( m ≤ n ). să analizăm modul de funcţionare al acestuia. Prin urmare. care tind să minimizeze funcţia obiectivă. GR-COV are o complexitate polinomiala scăzută de O(N2) care este mai potrivită pentru reţele pe scară largă decât soluţia exactă NP-Complete care are drept rezultat o explozie combinatoriala. ceea ce rezulta într-o complexitate totală de O(N2). exprima importanta acordată energiei reziduale de către fiecare senzor ce va fi activat. În acest fel. aşa cum este de obicei cazul atunci când evaluam orice funcţionare euristica ( “heuristic performance” ).Din acest motiv. am măsurat durata de viaţă a reţelei dată de soluţia exactă şi de cercetarea restrânsă şi le-am comparat. În loc de aceasta. Durata de viaţă a reţelei în funcţie de lambda pentru prima configurare 77 . Figura 31. nu are sens să comparăm. valoarea funcţiei obiective dată de modelul de cercetare restrânsă cu valoarea soluţiei exacte. Durata de viaţă a reţelei în funcţie de lambda pentru a doua configurare Aceasta are mai mult sens dacă ţinem cont de faptul că creşterea duratei de viaţă a reţelei este obiectivul nostrum principal şi funcţia obiectivă a modelului nostrum a fost create pentru a îndeplinirea acestui scop. CONFIGURAŢIILE DE REŢEA LUATE ÎN CALCUL LA MĂSURĂTORI Tabel 5. am luat în considerare trei configuraţii de reţea. aşa cum se vede în tabelul următor. Configuraţiile de reţea luate în calcul la măsurători Configuraţiile reţelei Număr de senzori 1 94 2 175 3 432 În toate configuraţiile.Figura 32. poziţiile senzorilor au fost generate aleator în cadrul unei 78 . În vederea simulărilor. 32 şi 33 prezintă durata de viaţă a reţelei funcţie de λ. am măsurat durata de viaţă a reţelei atunci când aria de acoperire (covering set ) este evaluată prin soluţia exactă folosind CPLEX şi atunci când este evaluate folosind modelul de cercetare restrânsă. 3. Figurile 31. durata de viaţă a reţelei creşte şi ea. atât pentru soluţia exactă. Am considerat reţeaua “căzută” la prima eroare a unui senzor. cât şi pentru cea euristica. Figura 33. cu .arii a unui pătrat cu latura L=100m. Apoi am realizat simulări pentru valori diferite ale lui λ pentru a vedea efectul acestui exponent asupra duratei de viaţă a reţelei. Am luat E0=100 mAh şi am presupus că fiecare senzor activ disipa Eactiva =200 mAh pe periada de timp şi ESW = 50 mAh pe mutarea de la Sleep la Active. Distanţa senzorilor a fost fixate la 10m. 2. Aceasta se datorează efectului de echilibrare a energiei a lui : pentru că este un exponent al 79 în funcţia obiectivă. Durata de viaţă a reţelei în funcţie de lambda pentru a treia configurare Pentru fiecare configuraţie a reţelei. respectiv pentru configuraţiile 1. Putem observa că atunci când λ creşte. care tinde să prelungească durata de funcţionare a reţelei. Putem observa că modelul de cercetare restrânsă generează valori ale duratei de viaţă a reţelei. Am modelat prima dată problema acoperirii ca o problemă ILP. Aceste valori pot fi mult îmbunătăţite folosind tehnici de cercetare restrânsă mai bune ca “taboo search”.7 Concluzii şi lucrări viitoare În această lucrare am tratat problema maximizării duratei de funcţionare a reţelei cu senzori în condiţii de acoperire restrânsă. afectând în mod serios funcţia obiectivă. care adăugă complexitate modelului nostru datorită restricţiilor de conexiune şi transmitere (routing). Ca orientare de viitor. care sunt porniţi în timp ce toţi ceilalţi sunt opriţi. Când λ creşte. 5. integram formaţii “clusters”. al cărei obiectiv a fost să minimizeze şiş a echilibreze consumul de energie al senzorilor. cu atât va fi mai mare şi. prin urmare. care sunt foarte apropiate de cele generate pe baza soluţiei exacte. Am propus un mecanism bazat pe selecţia unui set optim de senzori. un senzor care are mai puţină energie reziduală decât vecinii săi va fi cu atât mai puţin posibil să fie activate din cauză că valoarea va creşte exponenţial. făcând ca seturile de senzori de acoperire să fie dinamice. Apoi. am propus un model de cercetare restrânsă pentru a aborda durata de procesare cu creştere exponenţială. Rezultatele simulării arata ca modelul propus asigura rezultate acceptabile. am început să dezvoltăm modelul de cercetare restrânsă “taboo” pentru a îmbunătăţi “the greedy solution”. în comparaţie cu soluţia exactă în timp ce oferă o complexitate polinomiala. Senzorii activi au fost selectaţi pe baza energiei lor reziduale care scade în timp. De asemenea. va exista o probabilitate mai mică de selectare a acestui senzor în setul de acoperire.cât este mai mică energia reziduală a unui senzor. 80 . siguranţă în exploatare şi gestionare economică fiind satisfăcute simultan prin decizia de a recurge la un asemenea sistem. gestionează unitar iluminatul. umiditate) camere de supraveghere control acces control prin internet din orice colţ al lumii Pentru că toate echipamentele de monitorizare şi control au nevoie de un spaţiu tehnic. ecrane etc. flexibilitate. integrand toate funcţiile descrise mai sus sub numele de „custom installation”. jaluzele. acţionate electric lumini programabile monitorizarea şi controlul echipamentelor de climatizare ( încălzire. Vă puteţi crea stoca şi activă diferite programe personalizate în funcţie de orar. răcire. fie că este acasă. fie că este plecat. conceptul a evoluat mai departe. climatizarea. Astfel cu un singur panou de comandă. O clădire dotată cu un sistem inteligent de gestiune poate oferii mai multe avantaje decât una convenţională. sistemele de siguranţă şi securitate şi aparatură electrică din locuinţa. care pot fi folosite automat sau prin 81 .Capitol 6 CONCLUZII O locuinţă modernă este de dorit să beneficieze şi de automatizări cât mai multe. De fapt ce face sistemul respectiv? În câteva cuvinte. securitate. ventilaţie. întreaga locuinţa se pune la dispoziţia proprietarului. cum ar fi : draperii.încălzirea. nevoile fireşti de confort. Faţă de cele prezentate până acum şi care sunt uzuale. Monitorizarea permite programarea intervalului în care acesta se conectează şi în plus. programate şi comandate centralizat sau individual. puteţi întrerupe alimentarea electrică a tuturor surselor de lumină precum şi a aparatelor electrice. sistemul o detectează şi o comunică imediat pentru a lua măsuri. a rulourilor exterioare şi a luminilor interioare şi exterioare. se mai pot adăuga camere de supraveghere conectate la internet. pot transmite mesaje când detectează mişcare. Şi caloriferele pot fi integrate în acest sistem. acre sunt foarte folositoare mai ales în zona de acces către clădire. pentru a beneficia de temperatură optimă exact atunci când este nevoie. De câte ori v-aţi întors din drum ca să verificaţi dacă aţi stins lumină peste tot sau de câte ori v-aţi întrebat dacă nu aţi lăsat ceva în priză la plecare? Din aceeaşi tastă şi din aceeaşi apăsare mai puteţi închide la plecare toate rulourile exterioare şi puteţi lansa programul de simulare a prezenţei în clădire pe durata absenţei – acţionare aleatorie a jaluzelelor. la intrare sau pe coridoare. iluminat. pe care se pot urmării imagini video trasmise de camerile de supraveghere. care vă permit să vedeţi tot ceea ce se întâmplă în casa . tehnologia „touch –panel” – panou video cu răspuns la atingere. cum ar fi temperatura din diverse puncte. Dacă are loc o întrerupere de curent. PDA.acţionarea unui buton. securitate. Sistemel de gestiune inteligenta permit integrarea de întrerupătoare automate. Odată cu intrarea în secolul XXI. sau informaţii de la echipamentele anexe . email sau chiar o conexiune la internet. umiditatea. 82 . Butoanele pot fi înlocuite cu un panou video cu touch screen . după programul pe care îl doriţi. Aceleaşi mesaje pot fi lansate în caz de nevoie şi de către senzorii de fum integraţi în sistem. nivel de intensitate a luminii. Mesajele pot ajunge la proprietar şi la firma de pază. a permis o creştere şi mai mare a funcţionalităţii. integrate în sistemul de supraveghere.temperatura. folosind orice dispozitiv precum telefon mobile. sau vă pot face un mic filmuleţ cu persoană neautorizată care tocmai a pătruns în locuinţă. dotate cu senzori de prezenţa. Puteţi programa trecerea centralei termică de la funcţionare pe timp de noapte la funcţionare pe timp de zi cu o oră înainte de trezire. camerele putând fi încălzite diferenţiat. Printr-o singură apăsare de tastă. Însă o casă a viitorului va conţine. lucrează la un produs similar prezentat la târgul de produse de consum în anul 2003. care monitorizează continuu mediul de spălare şi controlează maşină pentru a economisii timp. Compania Philips. să interpreteze mişcările corpului şi mimica pentru a putea executa comenzile. În viziunea inginerilor de la companiile americane Maytag şi Honeywell. Screenfridge va conţine în interiorul său o cameră video sau o mini camera şi un difuzor. şi aparatură electro-casnica de ultima generaţie. Frigiderul inteligent va deveni un semn al vremurilor moderne. inginerii au decis că acest produs electro-casnic trebuie trebuie să fie „mai inteligent în viito”. de exemplu. Inginerii firmei suedeze Electrolux şi-au pus problema amplasării centrului de comunicaţii al locuinţei viitorului. desigur. frigiderul din bucătărie. Massachusetts Institute of Technology –MIT. iar frigiderul comanda prin internet produsele care sunt aproape epuizate. Astfel că. de către inginerul şef Ulrich Gartner. 83 . susţine că sistemul de monitorizare şi control trebuie să recunoască prezenţa omului în încăpere. trimite emailuri şi cumpăra produse online. Acelaşi Ulrich Gartner susţine că Screenfridge va putea accesa internetul. apă şi energie fără a compromite calitatea spălării şi nenumăraţi senzori pentru obţinerea albului cel mai pur. maşina de spălat înglobează algoritmi fuzzy-logic de reglare . s-a născut aşa numitul „Screenfridge”. După analiza aprofundată a circumstanţelor a fost ales drept cel mai importantă echipament. Electrolux nu este prima companie care a creat un frigider controlat de un computer. aşa cum multe alte aparate electro-casnice vor fi interconectate într-o mare reţea a vieţii cotidiene a omului. plăti chitanţe sau facturi. Prin urmare dotat cu un microprocesor şi un touch screen înglobat în uşă. Pe lângă facilităţile oferite de un PC multimedia. Acest lucru ar însemna că se va putea asculta la frigider postul de radio preferat sau vizionarea la frigider a emisiunii Tv favorită.Profesorul Alex Pentland de la Media Lab. Acesta va putea să efectueze tranzacţii bancare. toate acestea în timp ce ocupantul locuinţei găteşte. O altă companie germana lucrează la un cuptor cu microunde computerizat. logica fuzzy lucrează cu variabile intermediare. Acest dispozitiv îşi modifica automat puterea de aspiraţie în funcţie de cantitatea de praf şi tipul suprafeţei aspirate. fiind obţinute folosind soluţiile companiei Elan30. Locuinţa viitorului va fi înţesată de aparatura electro-casnica. Alternative mai accesibile. Spre deosebire de sistemele booleene. on şi off. pentru sistemele mai putzin eleborate. de a cărei dezvoltare vom auzi . Acest tip de reglare este caracteristica sistemelor bazate pe cunoştinţe. în care variabilele oscilează între 1 şi 0 . tendinţele din industria aparatelor electro-casnice şi monitorizării locuinţei sunt foarte numeroase. istoria „caselor inteligente” din România pare să fi început în 2003. în timp ce un regulator bazat pe logică fuzzy foloseşte mărimile de intrare măsurate pentru a modifica turaţia motorului. pentru că de anul acesta dezvoltatorii de complexuri rezidenţiale să-şi îndrepte atenţia spre această nişă. Soluţiile cele mai complexe în domeniu la această oră sunt oferite de către compania Creston. Şi cum tehnologia rămâne elementul central ce poate face diferenţa între o casă tradiţionala şi una „inteligenta” . era de aşteptat că fenomenul de „smart house” să prindă şi la noi. din ce în ce mai mult în anii următori. cu o casă construită la Agigea de ICPE. realizată cu un microprocesor care prelucrează informaţii în aşa numita logica fuzzy. denumite valori lingvistice şi sunt exprimate numeric în forma unor mulţimi fuzzy. 84 . în cadrul companiei Matsushita Electric Industrial. tot şi nimic. De altfel. care oferă o flexibilitate foarte mare.Primul aspirator inteligent a fost creat în Japonia. telefoane. Liderii de necontestat în acest domeniu al domoticii sunt comaniile din Statele Unite. Un senzor optic măsoară praful care trece prin perie. iar acest lucru se datorează aţa avansului tehnologic cât şi răspunsului pieţei. dar foarte practice. iar pentru implementarea lor este nevoie de serviciile prefesionaliste ale unei companii de specializate. cu siguranţă . Este o piaţă nouă la noi. Dezavantajul major al unor asemenea sisteme îl constituie faptul că acestea trebuie proiectate odată cu locuinţa. În condiţiile date. însă greu accesibilă datorită costurilor foarte ridicate de ordinul a zeci de mii de dolari. iar apogeul acestei industrii este încă departe. Inteligenţa acestui aspirator este furnizată de unitatea centrală. pentru a acţiona în consecinţă. monitoare şi sunet Dolby Digital provenit din pereţi. setând aparatura şi condiţiile climaterice în consecinţă şi eliberându-i de necesitatea controlului manual al mediului în care locuiesc. toate legate la microprocesoare ce permit comunicarea între ele şi cu ocupanţii locuinţei. cum ar fi un display de tip touch-screen care afişează starea sau mărimile de control din sistem. Un scenariu poate arăta după cum urmează: maşina de spălat poate interoga centrală termică cu privire la temperatura apei. ar putea să pornească televizorul în timpul cinei. Dar chiar şi o interfaţă perfect concepută poate fi un impediment în acceptarea locuinţei de către persoane care nu folosesc un calculator. iar uscătorul de rufe poate anunţa că şi-a terminat ciclul de uscare.pentru iluminarea drumului. O astefl de locuinţa adaptiva ar trebui să nu implice interacţiuni speciale. De asemenea. ar putea alege un model pentru iluminare în timpul pregătirii cinei şi un altul pentru urmărirea unui film la televizor. televizorul poate acţiona acele stirri care sunt mai interesante pentru familie. În pricipiu acest lucru este deja posibil cu tehnicile actuale: senzori de mişcare cuplaţi la un control central al clădirii. proprietarii locuinţei pot telefona şi programa de la distanţă video-recorder-ul să înregistreze programul preferat.de exemplu printr-un hol întunecos spre un garaj subteran sau în pivnita. cu aplicaţiile existente. Într-o locuinţă modernă trebuie să existe cel puţin două camere de supraveghere care analizează expresia feţei şi starea de spirit a ocupanţilor. 85 . aceste camere vor fi amplasate pentru recunoaşterea direcţiei în care se deplasează ocupanţii casei. Aici intervine un nou concept locuinţa adaptiva. sau să pornească o melodie clasică în clipele de relaxare. sau un dispozitiv de recunoaştere vocală.termostate. De asemenea. combina audio îşi poate diminua volumul când sună telefonul. Locuinţele inteligente tradiţionale au în prezent o interfaţă prietenoasă. acesta începe să anticipeze nevoile ocupanţilor. Pe măsură ce sistemul de monitorizare şi control al locuinţei devine mai bine personalizat. AddisonWesley Series în Electrică Land Computer Engineering.com 2.. 280p. http://en. POPESCU D. University of Ulster at Jordanstown. Smart Homes can be Smarter [Juan C. 2. UK] INTERNET 1.W.: Design and Analysis of Fault Tolerant Digital Systems.cosmica.smarthome.php 4.E. Switzerland 4. CERBERUS AG: Danger Management System. ISBN 973-685-299-9. 2000. POPESCU C. Augusto Chris D. New York 3.electronica-azi. B. Bucureşti.ro/articol.: Fiabilitatea şi testarea sistemelor.. Editura Matrix Rom.wikipedia. http://www.php?id_ar=251 86 .Bibliografie 1. http://www.org/wiki/Smart_Home 3. http://www. Nugent.ro/automation_kit. JOHNSON. School of Computing and Mathematics.. ro 8. http://www.ro 7.hager.intertek-etlsemko.simplyautomate.ro/sfatul_specialistului.co. http://www.pdf 15.clipsal.uk 19. http://www.ncs. Powerline communications – the future for smart homes? – [Jon Burroughs.jrf. School of Computing and Mathematics.php 6. UK] 20. http://homix. http://www. http://www.schneider-electric.smarthouse.ro/hol. Augusto Chris D.5.com 87 .avitech.com. Smart Homes can be Smarter [Juan C.org.com 17.nz 13. http://www.html 9.boklok. http://ezinearticles. Nugent.html 10. http://www.uk 23.ro/index.org/ 16.smarterhomes. http://www.php?scr=1024&id=404 11. http://www. Microchip Technology] 21.homeauto. http://www.org/cost219ter/inclusive_future/(14). University of Ulster at Jordanstown. http://www.knx.co.sg 18. http://casă.uk 22.com/?What-Is-A-Smart-Building?&id=394642 12. http:// www.moeller.org.uk/downloads/Clipsal_Your_Home_Smart_Home_CCP5952.co. http://www. http:// www.pdf 14.uk.ro/soluţii.tiresias. uk/smarthomes 27. 1976-1984. Elsenpeter Toby J. 3. Raghunathan. pp.P. M. D. http://itp. 37. http://www. Chong and S. Magdon-Ismail and B.and challenges”.shdir. RensselaerPolytechnic Institute. Department of Computer Science.T.Y.htm 30. [2] M. ”Energy efficient area monitoring by sensor networks”. Tech. Proceedings of 24th Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies (INFOCOM). opportunities. Thai. Wu. http://www. ”Energy-efficient target coverage în wireless sensor networks”.com 25. Gallais.co.tr/ag/re200b/re200b_hareket_sensoru.1256. Schurgers. no. vol. Carle. TR-03-06. Park. IEEE Computer. C. 40-46.com.8.smartkontrols. www.uk 26.no/deltasenteret 28. 91.24.edu/physcomp/sensors/Reports/PassiveInfraRedSensor APLICAŢIE PRACTICĂ Bibliografie [1] C. Build Your Own Smart Home [Robert C. I. vol. 1247.2004. vol. [6] V. [5] A. [4] J. http://www. Aug 2003. Yener. Energy-Aware Wireless 88 . Srivastava. Carle and D. Simplot.co. pp. B. and M. Cardei. S.rep. ”Sensor networks: evolution. Kumar. Proceedings of the IEEE. 2003. 2007. J. ”Ensuring Area k-Coverage în Wireless Sensor Networks with Realistic Physical Layers”. Stojmenovic. ”Power optimal connectivity and coverage în wireless sensor networks”. Li and W. [3] M. Velte] 29. 2. Inanc.880-883.http://www. Y. Oct.MileHighAutomation. 5th IEEE Conference on Sensors 2006.siemens. Simplot-Ryl. pp. M. pp. 2005.nyu. no.signal. 1.753-763.Y. Safra. Patwari. [8] H. [10] N. vol. pp. A.R. USA. [9] J. 325-349. Younis.2002.Heizelman. Akkaya and M. P. no. Atlanta. [13] N. Moses and N. no. [11] D. 2005. R.L. pp. Annals of Mathematics. Ahmed. [16] http://www. Jan 2000. [15] I. vol. 2631-2636. 2005. [12] W. ”Coverage în Wireless Ad-hoc Sensor Networks”. 3. pp. ”A coverage-preserving node scheduling scheme for large wireless sensor networks”. 2005.” Elsevier Ad Hoc Network Journal. J. 32-41. 19. ”A survey of routing protocols în wireless sensor networks. IEEE Signal Processing Magazine.Balakrishnan. IEEE Signal Processingn Magazine. Kyperountas. [14] K. Chichester: Wiley.D. ”Probabilistic Coverage în Wireless Sensor Networks”. ”Locating the nodes: Cooperative localization în wireless sensor networks”. 2002.4. ”Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks”. 2005.Microsensor Networks. Karl. Correal. Sheu and H. Georganas. S. 22. 52. Frieder.N Ash. Kanhere and S.vol. pp.162.ilog. no. pp. IEEE Proceedings of the Hawaii Internaţional Conference on System Sciences. 1.J.Chandrakasan and H. 54-69.S. 3. vol. IEEE Conference on Local Computer Networks (LCN’05). Dinur and S. Lin. ”Probabilistic Coverage Preserving Protocol with Energy Efficiency în Wireless Sensor Networks”.vol. IEEE Transactions on Computers. Li. Wan and O. S.O Hero III. 439-485. March 2007. Jha. 2002. S. Tian and N. ”On the Hardness of Approximating Minimum Vertex-Cover”. 2005. ”Energy- Efficient Communication Protocol for Wireless Micro Sensor Networks”. A.P. IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC2007). 672681. vol. Andreas Wiling.F.com/ 89 . Proceedings of the ACM Internaţional Workshop on Wireless SensorNetworks and Applications (WSNA). pp. pp. [7] X. pp 40-50. ro/ cel mai tare site cu referate 90 .Powered by http://www.referat.
Report "Sistem de Monitorizare Si Control in Domeniul Locuintelor Inteligente 313bd"