НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК


НОВОСИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

ISSN (печатн.): 1814-1196          ISSN (онлайн): 2658-3275
English | Русский

Последний выпуск
№2-3(79) Апрель - Сентябрь 2020

Система управления температурой внутри помещения, основанная на технологии связи по видимому свету

Выпуск № 2-3 (79) Апрель - Сентябрь 2020
Авторы:

Бакланов Александр Евгеньевич,
Григорьева Светлана Владимировна,
Алимханова Аслима Женисовна,
Дмитриев Александр Капитонович
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2020-2-3-7-24
Аннотация

В статье предлагается новый подход к управлению температурой в помещении, основанный на технологии Visible Light Communications. Суть данного подхода состоит в использовании светодиодных осветительных приборов в качестве передатчиков информации о температуре в дополнение к функции освещения. Для передачи данных была применена модуляция света по стандарту UART. В качестве приемника использовался фотодиод, позволяющий регистрировать относительно слабые сигналы. Обработка всех данных осуществлялась с помощью микроконтроллеров. При этом модуляция по стандарту UART инициализировалась также микроконтроллером.



В статье подробно описываются принципиальные схемы передающего и приемного устройств. На основе разработанных принципиальных схем была создана экспериментальная установка, представляющая собой два блока. Передающий блок включает в себя датчик температуры, микроконтроллер, драйвер и светодиод. Приемный блок включает фотодиод, усилитель и микроконтроллер. В качестве микроконтроллеров использовалась микросхема ATmega328P. Экспериментальная установка представляет собой опытные образцы двух приборов.



Для контроля передачи сигнала проводились измерения уровня и формы импульсов в приемном устройстве с помощью осциллографа. Уровень сигнала анализировался после всех электронных компонентов до входа на микроконтроллер. Результаты экспериментов показали, что передача данных с использованием белых осветительных светодиодов достаточно устойчива. Это позволяет сделать вывод о возможности организации беспроводного управления температурным режимом в помещении без Wi-Fi. Перспективой использования предложенного подхода управления температурой с помощью белых светодиодов является создание системы управления «Умный дом» без проводных линий связи и с использованием недорогих микроконтроллеров, что значительно уменьшает стоимость системы.


Ключевые слова: светодиод, система управления, передача данных, температура, микроконтроллер, связь по видимому свету, оптическая беспроводная связь

Список литературы

1.      Мировой опыт и перспективы развития промышленного интернета вещей в России. – URL: https://center2m.ru/mirovoy-opyt-i-perspektivy-razvitiya (дата обращения: 07.10.2020).



2.      Cisco visual networking index: global mobile data traffic forecast update, 2016–2021. – San Jose, CA, 2017. – URL: http://www.usuariosdigitales.org/wp-content/uploads/2017/02/mobile-white-paper-c11-520862-1.pdf (accessed: 07.10.2020).



3.      Интернет вещей, IoT, M2M (мировой рынок). – 2020. – 09 июня. – URL: https://www.tadviser.ru/a/302413 (дата обращения: 07.10.2020).



4.      Использование волн видимого света для широкополосной связи. Отчет МСЭ-R SM.2422-0 (06/2018). – Женева, 2019. – URL: https://www.itu.int/dms_pub/itu-r/opb/rep/R-REP-SM.2422-2018-PDF-R.pdf (дата обращения: 07.10.2020).



5.      Optical wireless communication systems / Z. Ghassemlooy, S. Zvanovec, A. Khalighi, O. Popoola, J. Perez // Optik. – 2017. – Vol. 151. – Р. 1–6.



6.      Uysal M., Nouri H. Optical wireless communication – an emerging technology // 16th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), July 2014. – Graz, Austria, 2014. – P. 1–7. – DOI: 10.1109/ICTON.2014.6876267.



7.      Teli1 S.R., Zvanovec S., Ghassemlooy Z. Optical Internet of Things within 5G: applications and challenges // IEEE International Conference on Internet of Things and Intelligence System. – Bali, Indonesia, 2018. – DOI: 10.1109/IOTAIS.2018.8600894.



8.      Optical wireless communication systems, a survey / O. Alsulami, A.T. Hussein, M.T. Alresheedi, J. Elmirghani. – URL: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1812/1812.11544.pdf (accessed: 07.10.2020). – DOI: 10.13140/RG.2.2.11751.09129.



9.      A comparative survey of optical wireless technologies: architectures and applications / M. Chowdhury, M. Hossan, A. Islam, Y. Jang // IEEE Access. – 2018. – Vol. 6. – P. 9819–9840. – DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2792419.



10. The role of optical wireless communication technologies in 5G/6G and IoT solutions: prospects, directions, and challenges / M. Chowdhury, Md. Shahjalal, M. Hasan, Y. Jang // Applied Sciences. – 2019. – Vol. 9 (20). – P. 4367. – DOI: 10.3390/app9204367.



11. Analysis energy efficiency of automated control system of LED lighting / S. Grigoryeva, A. Baklanov, D. Titov, V. Sayun, E. Grigoryev // 2017 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2017). – Astana, Kazakhstan, 2017. – DOI: 10.1109/SIBCON.2017.7998488.



12. Система обеспечения равномерного освещения с использованием веб-камеры / А.К. Дмитриев, А.Е. Бакланов, В.М. Саюн, О.Е. Бакланова, С.В. Григорьева, А.Ж. Алимханова // Научный вестник НГТУ. – 2019. – № 2 (75). – С. 7–20. – DOI: 10.17212/1814-1196-2019-2-7-20.



13. Haas H., Elmirghani J., White I. Optical wireless communication // Philosophical Transactions A. – 2020. – Vol. 378, iss. 2169. – DOI: 10.1098/RSTA.2020.0051.



14. LED based indoor visible light communication: state of the art / D. Karunatilaka, F. Zafar, V. Kalavally, R. Parthiban // IEEE Communication Surveys & Tutorials. – 2015. – Vol. 17, N 3. – P. 1649–1678.



15. Azhar A., Tran T., O’Brien D. A Gigabit/s indoor wireless transmission using MIMO-OFDM visible-light communications // IEEE Photonics Technology Letters. – 2013. – Vol. 25, N 2. – P. 171–174. DOI: 10.1109/LPT.2012.2231857.



16. Dimitrov S., Hass H. Principles of LED light communications: toward s networked Li-Fi. – Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2015.



17. High bandwidth GaN-based micro-LEDs for multi-Gb/s visible light communications / R. Ferreira, E. Xie, J.D. McKendry, S. Rajbhandari, H. Chun, G. Faulkner, S. Watson, A.E. Kelly, E. Gu, R.V. Penty, I.H. White, D. O'Brien, M. Dawson // IEEE Photonics Technology Letters. – 2016. – Vol. 28 (19). – P. 2023–2026. – DOI: 10.1109/LPT.2016.2581318.



18. O’Brien D., Rajbhandari S., Chun H. Transmitter and receiver technologies for optical wireless // Royal Society. – 2020. – Vol. 378, iss. 2169. DOI.org/10.1098/rsta.2019.0182.



19. Ndjiongue A.R., Ferreira H.C., Ngatched T.M.N. Visible light communication (VLC) technology // Wiley Encyclopedia of Electrical and Electronics Engineering. – New York: John Wiley, 2015. – P. 1–15. – DOI: 10.1002/047134608x.w8267.



20. Khan L.U. Visible light communication: applications, architecture, standardization and research challenges // Digital Communications and Networks. – 2017. – Vol. 3 (2). – P. 78–88. – DOI: 10.1016/j.dcan.2016.07.004.



21. Leba M., Riurean S., Lonica A. LiFi – The path to a new way of communication // 12th Iberian Conference on Information Systems and Technologies (CISTI). – Lisbon, Portugal, 2017. – P. 1–6. – DOI: 10.23919/CISTI.2017.7975997.



22. Visible light communication: a system perspective-overview and challenges / S.U. Rehman, S. Ullah, P. Chong, S. Yongchareon, D. Komosny // Sensors. – 2019. – Vol. 19 (5). – P 1153. – DOI: 10.3390/S19051153.



23. Visible light communication: concepts, applications and challenges / L. Matheus, A. Vieira, F.M. Luiz, M. Vieira, O. Gnawali // IEEE Communications Surveys & Tutorials. – 2019. – Vol. 21, iss. 4. – P. 3204–3237. – DOI: 10.1109/COMST.2019.2913348.



24. Kumar S.A., Akash L., Deenadyalan J. Visible light communication // International Journal of Science and Research. – 2018. – Vol. 7, iss. 5. – P. 715–720. – DOI: 10.21275/ART2018867.



25. Real-time audio transmission using visible light communication / M.Y. Soh, Ng.W. Xian, Q. Zou, D. Lee, T.H. Teo, K. Seng Yeo // TENCON 2018 – 2018 IEEE Region 10 Conference. – Jeju, Korea, 2018. – P. 2223–2226. – DOI: 10.1109/TENCON.2018.8650145.



26. Real-time audio & video transmission system based on visible light communication / Y. He, L. Ding, Y. Gong, Y. Wang // Optics and Photonics Journal. – 2013. – Vol. 3. – P. 153–157. – DOI: 10.4236/OPJ.2013.32B037.



27. High-speed visible light communication systems / L. Grobe, A. Paraskevopoulos, J. Hilt, D. Schulz, F. Lassak, F. Hartlieb // IEEE Communications Magazine. – 2013. – Vol. 51, iss. 12. – P. 60–66. – DOI: 10.1109/MCOM.2013.6685758.



28. Audio transmission system using white LEDs / A. Baklanov, S. Grigoryeva, A. Alimkhanova, E. Grigoryev, V. Sayun // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). – Tomsk, Russia, 2019. – DOI: 10.1109/SIBCON.2019.8729564.



29. A new approach to physical encoding in VLC data transmission technology / E.A. Grigoryev, A.E. Baklanov, S.V. Grigoryeva, A.Zh. Alimkhanova, V.M. Sayun // 21th International Conference on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM). – Erlagol, Russia, 2020. – P. 221–225. – DOI: 10.1109/EDM49804.2020.9153488.



30. Study of illumination properties of high-power LEDs in various temperature conditions / Ye. Grigoryev, S. Grigoryeva, V. Sayun, D. Titov // 18th International Conference of Young Specialists on Micro/Nanotechnologies and Electron Devices (EDM). – Erlagol, Russia, 2017. – P. 309–313. – DOI: 10.1109/EDM.2017.7981762.



31.           Бакланов А.Е., Григорьева С.В., Яковлев А.Н. Математическое моделирование тепломассопереноса в системе теплоотвода для светодиода высокой мощности // Вестник Карагандинского университета. Серия Физика. – 2015. – № 4 (80). – С. 31–38.

Для цитирования:

Система управления температурой внутри помещения, основанная на технологии связи по видимому свету / А.Е. Бакланов, С.В. Григорьева, А.Ж. Алимханова, А.К. Дмитриев // Научный вестник НГТУ. – 2020. – № 2–3 (79). – С. 7–24. – DOI: 10.17212/1814-1196-2020-
2-3-7-24.

 

For citation:

Baklanov А.E., Grigorieva S.V., Alimkhanova A.Zh., Dmitriev A.K. Sistema upravleniya temperaturoi vnutri pomeshcheniya, osnovannaya na tekhnologii svyazi po vidimomu svetu [An indoor temperature control system based on visible light communications technology]. Nauchnyi vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Science bulletin of the Novosibirsk state technical university, 2020, no. 2–3 (79), pp. 7–24. DOI: 10.17212/1814-1196-2020-2-3-7-24.

Просмотров: 44