Εισηγητής: Δαμίγος Βασίλειος Επίβλεψη: Μαυρίδης Ιωάννης ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2010
Εισηγητής: Δαμίγος Βασίλειος Επίβλεψη: Μαυρίδης Ιωάννης ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2010
ευχαριστίες Σε αυτό το σημείο θα ήθελα να ευχαριστήσω για την πολύτιμη βοήθεια του: τον επιβλέποντα καθηγητή μου, Δρ Μαυρίδη Ιωάννη, που με καθοδηγούσε σε όλη τη διάρκεια εκπόνησης της πτυχιακής εργασίας.
το περάτωμα αυτής της εργασίας αποτελεί ορόσημο στη ζωή κάθε φοιτητή, σημάνει το τέλος των φοιτητικών του χρόνων και την απαρχή μιας καινούριας πορείας για την αμέριστη αγάπη και συμπαράστασή τους, αφιερώνουμε αυτό το πόνημα στους γονείς μου και τους ευχαριστώ για την ευκαιρία που μου έδωσαν να σπουδάσω Δ α μ ί γ ο ς Β α σ ί λ ε ι ο ς
Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 0.................................................. 7 Εισαγωγή................................................... 7 Ζητήματα και ανάγκες....................................... 8 Δομή της εργασίας........................................... 10 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 0.................................................. 13 2.1 Γενική περιγραφή έξυπνου σπιτιού......................... 13 2.1.1 Τι σημαίνει έξυπνο σπίτι;............................. 13 2.1.2 Οι λειτουργίες που μπορεί να ενσωματώνει ένα "έξυπνο" σπίτι................................................ 14 2.1.3 Η σημερινή κατάσταση............................... 16 2.1.4 Πλατφόρμες και πρότυπα............................ 17 ΚΝΧ........................................................ 17 ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ Χ10......................................... 18 HOMEPLUG............................................... 18 PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS).............. 18 Φυσική προστασία............................................ 19 Ασφάλεια.................................................... 20 Ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή................................ 21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 0.................................................. 22 5
3.1 Ορισμοί και αντικείμενο μελέτης ενός διαδραστικού συστήματος.............................................. 22 3.1.1 Επιστημονικές περιοχές.............................. 23 3.1.2 Θέματα έρευνας και ανάπτυξης....................... 24 3.1.3 Η σημασία της διεπιφάνειας χρήστη................... 25 3.2 Υλοποίηση............................................... 27 3.2.1 Ανάλυση του προβλήματος.......................... 27 3.2.2 Διάγραμμα ροής δεδομένων......................... 35 3.2.3 Αλληλεπίδραση δεδομένων.......................... 41 3.2.3.1 Λεξικό δεδομένων............................. 41 3.2.3.2 Φόρμες κώδικα................................ 42 3.3 Προβλήματα που προέκυψαν............................... 44 3.3.1 Προβλήματα αναφερόμενα στα έξυπνα σπίτια........ 44 3.3.2 Προβλήματα αναφερόμενα στο λογισμικό............ 45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 0.................................................. 48 4.1 Εγχειρίδιο χρήσης......................................... 48 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 0.................................................. 65 Συμπεράσματα.............................................. 65 ΑΝΑΦΟΡΕΣ................................................... 68 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Α (ΛΕΞΙΚΟ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ)........................ 71 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ Β (ΦΟΡΜΕΣ ΚΩΔΙΚΑ)........................... 88 6
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παρούσα εργασία, με τίτλο «ΔΙΑΔΡΑΣΤΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΔΙΑΧΕΙΡΗΣΗΣ ΚΑΙ ΕΛΕΓΧΟΥ ΕΞΥΠΝΟΥ ΣΠΙΤΙΟΥ» αποτελεί συνολικά παρουσίαση, ανάλυση και εμβάθυνση στον τρόπο ανάπτυξης μια διαδραστικής διεπιφάνειας χρήστη, που με χρήση κατάλληλων γραφικών θα παρέχει την αναγκαία οπτικοποίηση για τη διαχείριση και τον έλεγχο του σπιτιού. Η αξιοποίηση των τεχνολογιών πληροφορίας και επικοινωνιών (ΤΠΕ) για τη διαχείριση και τον έλεγχο των λειτουργιών διαφόρων οικιακών συσκευών αναμένεται να οδηγήσει στην ανάπτυξη εφαρμογών, οι οποίες θα επιφέρουν θετικά αποτελέσματα στους τομείς της εξοικονόμησης ενέργειας, της ασφάλειας, της φροντίδας, κ.ά. Στην εργασία αυτή θα παρουσιαστούν οι σχετικές τεχνολογικές εξελίξεις και προκλήσεις που τίθενται για την ανάπτυξη έξυπνου σπιτιού. Για το σκοπό αυτό, θα πραγματοποιηθεί μια εκτενής διερεύνηση των σχετικών πρωτοκόλλων, τεχνολογιών και αρχιτεκτονικών, τα οποία στη συνέχεια θα παρουσιαστούν από κριτική σκοπιά ώστε να δικαιολογούν την επιλογή των καταλληλότερων για τη συγκεκριμένη περίπτωση. Στη βάση μιας εμπεριστατωμένης ανάλυσης των ελεγχόμενων λειτουργιών που θα υποστηρίζονται από συστήματα ΤΠΕ, θα παρουσιασθεί η σχεδίαση ενός συστήματος διαχείρισης και ελέγχου ενός υποτιθέμενου έξυπνου σπιτιού. Για το σύστημα αυτό θα αναπτυχθεί μια διαδραστική διεπιφάνεια χρήστη, που με χρήση κατάλληλων γραφικών θα παρέχει την αναγκαία οπτικοποίηση για τη διαχείριση και τον έλεγχο του συστήματος. 7
Ζητήματα και ανάγκες Η τρέχουσα κατάσταση της τεχνολογίας και των συστημάτων διαχείρισης έξυπνων σπιτιών θα λέγαμε ότι απέχει σαφώς από αυτά που θα προσδοκούσαμε στα χρόνια που ζούμε, καθώς βλέπουμε την τεχνολογία γύρω μας συνεχώς να αυξάνεται, με πολύ γρήγορους ρυθμούς, αλλά όσον αφορά την εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας στα συστήματα διαχείρισης έξυπνων σπιτιών θα λέγαμε ότι είναι ανύπαρκτη. Αισίως βρισκόμαστε στο 2010 και ενώ στις περισσότερες πτυχές της ζωής μας έχουν μπει δυναμικά οι υπολογιστές σε διάφορες μορφές, το σπίτι μας αντιστέκεται σθεναρά, παραμένοντας... αναλογικό. Ακόμα και σήμερα αν κάναμε μια έρευνα με θέμα «τί είναι το έξυπνο σπίτι» ρωτώντας ανθρώπους που δεν έχουν σχέση με την τεχνολογία, σίγουρα θα παίρναμε απαντήσεις, ότι το έξυπνο σπίτι δεν έχει να κάνει με τα έπιπλα αλλά με την εφαρμογή διάφορων, υπαρχουσών ή μη, τεχνολογιών στους χώρους του σπιτιού. Πηγαίνοντας πίσω στον χρόνο μπορούμε να διαβάσουμε έρευνες και μελέτες που έγιναν ακόμα και πενήντα χρόνια πριν. Παίρνοντας έναν μέσο όρο από αυτά και λαμβάνοντας πάντα υπόψη την εποχή που δημιουργήθηκαν, μπορούμε να συμπεράνουμε πώς φαντάζονταν τη ζωή στο μακρινό τότε έτος 2010. Τα αποτελέσματα, λοιπόν, απεικονίζουν ένα σπίτι, πλήρως αυτοματοποιημένο, όπου ηλεκτρονικά κυκλώματα ελέγχουν τα πάντα είτε υπό τη μορφή ενός κεντρικού υπολογιστή (συχνά με Τεχνητή Νοημοσύνη) είτε υπό τη μορφή μεμονωμένων υπολογιστών για κάθε λειτουργία, οι οποίοι επικοινωνούν μεταξύ τους. Τα φώτα ανάβουν και σβήνουν αυτόματα, ανάλογα με τις διαταγές του ενοίκου, η καφετιέρα ανάβει μόνη της για να υπάρχει ζεστός καφές την κατάλληλη ώρα, η φρυγανιέρα το ίδιο, το ξυπνητήρι έχει καταργηθεί και έχει αντικατασταθεί από ραδιόφωνο ή τηλεόραση που ανάβουν την κατάλληλη στιγμή, τα παραθυρόφυλλα ανοίγουν και κλείνουν αυτόματα, ο θερμοσίφωνας ανάβει και σβήνει σε προκαθορισμένες ημέρες και ώρες, και πολλά άλλα. Σίγουρα, όλα αυτά δεν μας είναι άγνωστα ως έννοιες. 8
Το βασικό ερώτημα που παραμένει είναι γιατί αφού αυτή η τεχνολογία υπάρχει και μάλιστα περίσσεια, γιατί το σπίτι μας δεν μοιάζει σε τίποτε με αυτό που μόλις περιγράψαμε. Η σύγκριση μεταξύ ακόμη και του πιο απλού υπολογιστικού συστήματος με το πιο εξελιγμένο σύστημα οικιακού αυτοματισμού είναι ατυχής. Τα συστήματα αυτά μοιάζουν σαν τους φτωχούς συγγενείς, χρησιμοποιώντας τεχνολογίες ηλικίας δεκαετιών, τα «περιφερειακά» τους είναι ογκώδη και η εγκατάστασή τους προβληματική. Επίσης, το επίπεδο ελέγχου που παρέχουν, δεν είναι το καλύτερο δυνατό. Ας ρίξουμε μία ματιά στα πρότυπα που υπάρχουν αυτή τη στιγμή στην αγορά, τα οποία επιτρέπουν την επικοινωνία των συσκευών με κάποιο κεντρικό σύστημα ελέγχου. Ας ξεκινήσουμε απ ότι πιο απλό μπορούμε να ελέγξουμε με τα υπάρχοντα συστήματα. Η πιο απλή περίπτωση είναι αυτή του φωτισμού. Είτε μέσω ειδικών adaptors που παρεμβάλλονται μεταξύ της λάμπας και του ντουί είτε μέσω ρελέ τα οποία τοποθετούνται στο εσωτερικό των διακοπτών, είναι δυνατό το άναμμα και το σβήσιμο μίας λάμπας ή ενός φωτιστικού. Παρόμοια είναι και τα modules (ρελέ ή με φις) για πιο «βαριές» συσκευές, όπως θερμοσίφωνας ή κουζίνα. Στην αγορά μπορούμε να βρούμε και πολύ πιο εξεζητημένες συσκευές, όπως ανιχνευτές κίνησης, πομπούς υπερύθρων (για έλεγχο συσκευών που ελέγχονται από τηλεχειριστήριο υπερύθρων), πομπούς ραδιοκυμάτων, θερμοστάτες, ρελέ για έλεγχο μοτέρ (για γκαραζόπορτες, παραθυρόφυλλα και τέντες) αλλά και συστήματα κεντρικού ελέγχου και συντονισμού, υπό τη μορφή μεμονωμένης κονσόλας. Έτσι η παρούσα πτυχιακή εργασία, ασχολείται με τη δημιουργία ενός λογισμικού το οποίο θα εγκαθίσταται σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή και θα δίνει τη δυνατότητα στον χρήστη, αφού προηγουμένως θα έχει συνδεθεί με τον ηλεκτρονικό υπολογιστή ένας υποτιθέμενος Προγραμματιζόμενος Λογικός Ελεγκτής (PLC), να διαχειριστεί και να θέσει σε λειτουργία το «Έξυπνο Σπίτι» από ένα κεντρικό υπολογιστικό σύστημα. 9
Η εισαγωγή του χρήστη στο λογισμικό που δημιουργήθηκε, για λόγους ασφαλείας, θα γίνετε με την εισαγωγή μιας ηλεκτρονικής κάρτας στον Card Reader, ώστε να μην παρέχει πρόσβαση σε μη εξουσιοδοτημένους χρήστες. Εν συνεχεία μεταφέρει τον εξουσιοδοτημένο χρήστη στη κεντρική φόρμα. Από εκεί ο χρήστης θα έχει τη δυνατότητα να διαλέξει τον χώρο του σπιτιού που θέλει κάθε φορά να διαχειριστεί. Κατά την διαχείριση του Έξυπνου Σπιτιού, όταν πατηθεί ένα οποιοδήποτε κουμπί ενεργοποίησης ενός τμήματος του σπιτιού, τότε το λογισμικό θα επικοινωνεί με το PLC μέσω της σειριακής θύρας του υπολογιστή. Έτσι για την εκκίνηση μιας συσκευής, το πρόγραμμα θα στέλνει τα ανάλογα δεδομένα στο PLC και εκείνο, με την σειρά του, θα διαβάζει το πρόγραμμα που θα έχει φορτωμένο και θα θέτει σε λειτουργία την αντίστοιχη συσκευή. Για τον τερματισμό της λειτουργίας ενός τμήματος του σπιτιού, θα πρέπει ο χρήστης να πατήσει το κουμπί διακοπής και τότε το λογισμικό θα στέλνει τα ανάλογα δεδομένα στο PLC και εκείνο θα σταματάει την αντίστοιχη συσκευή. Με τον ίδιο τρόπο τίθενται σε λειτουργία και διακόπτονται όλα τα τμήματα του σπιτιού. Επίσης στους διάφορους χώρους του σπιτιού θα υπάρχουν διάφορα αισθητήρια, όπως θερμοκρασία χώρου και αισθητήριο πυρασφάλειας, τα οποία θα μπορεί να διαχειρίζεται ο χρήστης. Έτσι δίνοντας τις επιθυμητές τιμές το σύστημα θα διαχειρίζεται με την σειρά του την θέρμανση ή τον κλιματισμό για να παρέχει τις επιθυμητές συνθήκες που έδωσε ο χρήστης. Δομή της εργασίας Η διπλωματική εργασία αποτελείται από πέντε κεφάλαια εκ των οποίων το πρώτο αναφέρεται στο θέμα με το οποίο ασχολείται η παρούσα εργασία. Επίσης γίνεται αναφορά στα ζητήματα και τις ανάγκες που υπάρχουν την παρούσα χρονική στιγμή στην κοινωνία μας, σε ότι αφορά την υπάρχουσα 10
τεχνολογία στον τομέα των «Έξυπνων σπιτιών», καθώς επίσης γίνεται και μια παρουσίαση στον τρόπο με τον οποίο προσεγγίζει τις ανάγκες που υπάρχουν στον τομέα αυτό. Το δεύτερο κεφάλαιο περιέχει την θεωρητική θεμελίωση, που θα πρέπει να αποκτήσει ο αναγνώστης, έτσι ώστε να γίνει όσο ποιο κατανοητός γίνεται ο τρόπος με τον οποίο προσεγγίζει τα θέματα των «έξυπνων σπιτιών» και πως πραγματοποιείται η υλοποίηση της εφαρμογής για την διαχείριση ενός τέτοιου σπιτιού. Έτσι γίνεται μια εκτενέστερη περιγραφή του έξυπνου σπιτιού, των λειτουργιών που μπορεί να ενσωματώνονται και της σημερινής κατάστασης. Επίσης γίνεται μια σύγκριση των ήδη υπαρχουσών τεχνολογιών, πρωτοκόλλων και προτύπων που υπάρχουν στον τομέα των έξυπνων σπιτιών. Αντικείμενο του τρίτου κεφαλαίου είναι κυρίως να γίνει μια αναλυτική περιγραφή ενός διαδραστικού συστήματος, καθώς επίσης παρουσιάζεται ο τρόπος υλοποίησης του διαδραστικού συστήματος διαχείρισης έξυπνου σπιτιού. Ακόμα ακολουθούν όλα τα τμήματα και βήματα που πραγματοποιήθηκαν κατά την υλοποίηση της εφαρμογής, έτσι ώστε να δοθεί η δυνατότητα εκμάθησης και κατανόησης του τρόπου υλοποίησης μιας διαδραστικής εφαρμογής. Τέλος παρουσιάζονται τα προβλήματα τα οποία αντιμετωπίστηκαν κατά την εκπόνηση της εργασίας τόσο στον τομέα των έξυπνων σπιτιών, όσο και στον τομέα της διαδικασίας ανάπτυξης της εφαρμογής, με σκοπό να βοηθήσουν τον οποιονδήποτε θελήσει να διαβάσει ή και να χρησιμοποιήσει την εργασία αυτή για περεταίρω ανάπτυξη. Στόχος του τέταρτου κεφαλαίου είναι να παρουσιάσει στον αναγνώστη την επιφάνεια διαχείρισης του διαδραστικού συστήματος που υλοποιήθηκε, έτσι ώστε να φέρει σε μια πρώτη επαφή τον αναγνώστη υποψήφιο χρήστη του συστήματος με την εφαρμογή και να τον ενημερώσει σχετικά με τις λειτουργίες που διατίθενται κατά την διαχείριση του συστήματος. Τελευταίο το πέμπτο κεφάλαιο αποτελεί τον επίλογο. Στον επίλογο γίνεται προσπάθεια διατύπωσης των συμπερασμάτων που δημιουργήθηκαν 11
κατά την περάτωση της παρούσας εργασίας, ώστε να δοθεί όσο το δυνατόν περισσότερη βοήθεια για περαιτέρω ανάπτυξη. Η εργασία ολοκληρώνεται με την παράθεση της Βιβλιογραφίας και των Παραρτημάτων. Το Λεξικό Δεδομένων περιέχεται στο Παράρτημα Α. Κατά τη δημιουργία ενός μοντέλου θα δηλωθεί τυπικά ένας μεγάλος αριθμός από οντότητες, τύπους, σχέσεις και ιδιότητες. Το λεξικό δεδομένων περιέχει όλες τις παραπάνω δηλώσεις, μαζί με τον τύπο και μια επεξήγηση του κάθε ονόματος. Ο κώδικας που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια της παρούσας εργασία παρατίθεται τεκμηριωμένος αναλυτικά σε φόρμες κατάλληλα μορφοποιημένες στο Παράρτημα Β. Επίσης υπάρχει σχολιασμός τμημάτων του κώδικα, ώστε να λύσει όσο το δυνατόν περισσότερες απορίες και να βοηθήσει στην εκμάθηση και συνεχή ανάπτυξη του λογισμικού. 12
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 2.1 ΓΕΝΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΕΞΥΠΝΟΥ ΣΠΙΤΙΟΥ «Σκέφτομαι άρα υπάρχω» με αυτή τη ρήση του Καρτέσιου θα μπορούσε να περιγράψει κανείς τη χρησιμότητα των αυτοματισμών (BEMS : Building Energy Management Systems) σε μία σύγχρονη κατοικία. Πόσο μάλλον δε όταν πρόκειται για Έξυπνη Κατοικία, ή αλλιώς Smart-Ηouse. 2.1.1 Τι σηµαίνει έξυπνο σπίτι; Πολλές φορές γίνεται η παρανόηση ότι ένα έξυπνο σπίτι είναι αυτό που ομαδοποιεί τον φωτισμό δίνοντας την δυνατότητα κάποιων σεναρίων. Στην πραγματικότητα όμως έξυπνο σπίτι σημαίνει πολλά περισσότερα. Οι αυτοματισμοί που αφορούν την κεντρική διαχείριση διαφόρων συστημάτων μιας κατοικίας ονομάζονται συνήθως έξυπνο σπίτι. To έξυπνο σπίτι ελέγχει τις εγκαταστάσεις μια κατοικίας με στόχο την ομαδοποίηση κάποιων λειτουργιών και την αυτοματοποίηση κάποιων άλλων. Το έξυπνο σπίτι χαρακτηρίζεται από την ολοκλήρωση των υπηρεσιών του, δηλαδή χρησιμοποιεί τα ίδια περιφερειακά για πολλές χρήσεις (π.χ., τα αισθητήρια του συναγερμού χρησιμοποιούνται και για τον έλεγχο του φωτισμού, οι οθόνες των τηλεοράσεων για να δέχονται και την εικόνα της θυροτηλεόρασης, το τηλέφωνο για να μας στέλνει μήνυμα ότι υπάρχει κάποιο πρόβλημα ή ότι κάποιος βρίσκεται μπροστά στην εξώπορτα κλπ.). 13
Η φράση "έξυπνο σπίτι" είναι αρκετά διαδεδομένη, αφού χρησιμοποιείται για οποιαδήποτε οικία, ενσωματώνει - σε μικρότερο ή μεγαλύτερο βαθμό - τη δυνατότητα ρύθμισης ορισμένων παραμέτρων. Στα αγγλικά η συγκεκριμένη τεχνολογία συναντάται με τους όρους "smart hοme" ή "hοme autοmation" και χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει οποιοδήποτε σπίτι διαθέτει κάποιου είδους "τεχνητή νοημοσύνη". Μέσω αυτής, το εγκατεστημένο σύστημα έχει τη δυνατότητα να ρυθμίζει αυτόματα το οικιακό περιβάλλον, σύμφωνα με τις προκαθορισμένες επιθυμίες του ιδιοκτήτη. Για να επιτευχθεί ο στόχος αυτός, θα πρέπει να βρεθεί κάποιος τρόπος ώστε το σύνολο των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών - ή τουλάχιστον ένα μεγάλο μέρος τους - να επικοινωνούν μεταξύ τους, λαμβάνοντας και αποστέλλοντας εντολές. Στο σημείο αυτό, η τεχνολογία έχει αναπτύξει πολλά ανταγωνιστικά πρότυπα, τα οποία παρουσιάζουν διαφορετικό συνδυασμό πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων. Με την αναλυτική παρουσίασή τους θα ασχοληθούμε στην επόμενη ενότητα, ενώ αξίζει να σημειώσουμε ότι στο ορατό μέλλον οι οικιακές συσκευές θα ενσωματώνουν εκ κατασκευής κάποιο μικροεπεξεργαστή, που θα τους επιτρέπει την επικοινωνία και αλληλεπίδραση με τον υπόλοιπο εξοπλισμό. 2.1.2 Οι λειτουργίες που µπορεί να ενσωµατώνει ένα "έξυπνο" σπίτι Οι λειτουργίες που μπορεί να ενσωματώνει ένα "έξυπνο" σπίτι αφορούν στο σύνολο των ανθρώπινων δραστηριοτήτων (διασκέδαση, εργασία, καθημερινές ασχολίες), αφού το μοναδικό ουσιαστικό όριο είναι η ίδια η φαντασία μας. Για παράδειγμα, κατά τη διάρκεια του ύπνου το "έξυπνο" σπίτι θα μπορούσε να ελέγχει τη θερμοκρασία και να τη ρυθμίζει στη βέλτιστη για τον ιδιοκτήτη τιμή, να παρακολουθεί μέσω Internet το δελτίο καιρού ώστε να 14
σχεδιάζει το πότισμα ή μη του κήπου, να ρυθμίζει το ξυπνητήρι ανάλογα με το πρόγραμμα κάθε ατόμου, ακόμη και να λειτουργεί ενεργειοβόρες οικιακές συσκευές κατά το βραδινό, φθηνό τιμολόγιο ηλεκτρικού ρεύματος. Κατά την ώρα της αφύπνισης των ενοίκων, θα μπορούσε να δυναμώνει σταδιακά την ένταση του φωτισμού, να ρυθμίζει την τηλεόραση στο αγαπημένο τους πρωινό κανάλι και να προβάλλει τα νέα που τους ενδιαφέρουν και τα οποία εντόπισε κατά τη διάρκεια της νύκτας στο Internet. Όταν το σπίτι είναι άδειο, θα μπορούσε να σβήνει τα φώτα και να ρυθμίζει κατάλληλα τη θέρμανση ώστε να εξοικονομείται ενέργεια, αλλά και να ενεργοποιεί το σύστημα συναγερμού. Τέλος, όταν οι ιδιοκτήτες λείπουν για διακοπές, θα μπορούσε να ελέγχει την ομαλή λειτουργία κάθε υποσυστήματος και να αποστέλλει λεπτομερή μηνύματα μέσω e-mail στους ιδιοκτήτες, περιγράφοντας κάθε πρόβλημα που μπορεί να προκύψει.[13] Σημαντικό, επίσης, στοιχείο της τεχνολογίας είναι ο απομακρυσμένος έλεγχος που προσφέρει, επιτρέποντας έτσι στους ενοίκους να επεμβαίνουν στη λειτουργία του από οποιοδήποτε σημείο του κόσμου. Ο έλεγχος αυτός μπορεί να επιτευχθεί μέσω τηλεφώνου με αναγνώριση των φωνητικών εντολών που δίνονται ή με τη χρήση του αριθμητικού πληκτρολόγιου στις ψηφιακές τηλεφωνικές συσκευές. Εναλλακτικά, πολλά συστήματα προσφέρουν τον απόλυτο έλεγχο του σπιτιού μέσω του Διαδικτύου, με τη δημιουργία ενός εύχρηστου γραφικού περιβάλλοντος που αντιπροσωπεύει το σύνολο του οικιακού εξοπλισμού. Σε γενικές γραμμές, η τεχνολογία Smart Hοme μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αυτοματοποίηση ορισμένων καθημερινών λειτουργιών του απιτιού ή για την επίτευξη βελτιωμένης ευχρηστίας και αυξημένων δυνατοτήτων στις υπάρχουσες οικιακές συσκευές. Παράλληλα, επιτρέπει την πλήρη εκμετάλλευση του υφιστάμενου εξοπλισμού, αφού, για παράδειγμα, μία ταινία που εισάγεται σε κάποιο DVDPlayer στο σαλόνι, μπορεί να προβληθεί σε οποιαδήποτε συσκευή τηλεόρασης στο σπίτι. Ο κατάλογος με ανάλογα προϊόντα και υπηρεσίες είναι 15
ήδη εντυπωσιακός, ενώ καθημερινά προστίθενται νέα που επεκτείνουν ακόμη περισσότερο τις δυνατότητες του συστήματος. 2.1.3 Η σηµερινή κατάσταση Όσο περίεργο κι αν φαίνεται, η τεχνολογία Smart Hοme δεν είναι κάτι καινούριο, ενώ οι περισσότεροι άνθρωποι - κυρίως στο εξωτερικό επωφελούνται ήδη από τα πλεονεκτήματα που προσφέρει. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν οι διάφοροι χρονοδιακόπτες για τον έλεγχο του φωτισμού και άλλων συσκευών καθώς και οι θερμοστάτες, που στόχο έχουν τη διατήρηση της θερμοκρασίας του σπιτιού στα επιθυμητά επίπεδα. Το "έξυπνο" σπίτι αποτελεί ουσιαστικά βελτίωση και ενοποίηση όλων των μεμονωμένων εφαρμογών, επιτρέποντας, για παράδειγμα, στο θερμοστάτη να ρυθμίζει τη θερμοκρασία λαμβάνοντας υπόψη του και τις εξωτερικές καιρικές συνθήκες. Ενα εξίσου σημαντικό παράδειγμα που αποδεικνύει την επαύξηση των δυνατοτήτων του υφιστάμενου εξοπλισμού αφορά στους χρονοδιακόπτες του φωτισμού. Πολλές οικογένειες που βρίσκονται σήμερα σε διακοπές, χρησιμοποιούν στα σπίτια τους χρονοδιακόπτες που αναβοσβήνουν τυχαία τα φώτα, σε μία προσπάθεια αποθάρρυνσης των επίδοξων διαρρηκτών. Η νέα τεχνολογία μπορεί να προσθέσει "λογική" μέσω κατάλληλων macrοs, προσομοιώνοντας ένα άτομο που κινείται συνεχώς μέσα στο σπίτι ανάβοντας και σβήνοντας τα φώτα σε κάθε δωμάτιο που εισέρχεται και εξέρχεται αντίστοιχα. Μερικοί ακόμη πιο "έξυπνοι" χρονοδιακόπτες μπορούν να καταγράφουν και να "μάθουν" τις κινήσεις των ανθρώπων μέσα στο σπίτι, προσομοιώνοντας έτσι με κάθε λεπτομέρεια την κίνησή τους. 16
2.1.4 Πλατφόρµες και πρότυπα Εδώ αξίζει να γίνει μια αναφορά στις συσκευές ασφαλείας ενεργοποιητές. Σε αυτή την κατηγορία εμπίπτουν όλες οι συσκευές που παρακολουθούν την κατάσταση κάποιου υποκειμένου, όπως ανιχνευτές θραύσης τζαμιών, ανοίγματος πόρτας ή παραθύρου, ανιχνευτές κίνησης, καπνού, διαρροής νερού ή φυσικού αερίου και άλλες, ενώ στην ίδια κατηγορία μπορούμε να εντάξουμε τις κάμερες παρακολούθησης χώρων. Αν εξαιρέσουμε τις κάμερες, όλοι οι υπόλοιποι ανιχνευτές μπορούν να συνδεθούν ακόμη και σε πολύ απλά δίκτυα, καθώς τα δεδομένα που χρειάζεται να μεταδώσουν είναι ελάχιστα. Αντίθετα, οι κάμερες απαιτούν συνδέσεις μεγάλου bandwidth, ώστε να μεταδώσουν εικόνα. Δύο κυριότερες κατηγορίες είναι τα συστήματα καλωδίων BUS με κύρια πλατφόρμα το KNX ή EIB, δεύτερη κατηγορία τα συστήματα POWER LINE μέσα από το υπάρχον δίκτυο 230 volt με κύριες πλατφόρμες το X10 και το κλειστού τύπου HOMEPLUG και φυσικά μια Τρίτη κατηγόρια είναι τα RF. Βασικότερο χαρακτηριστικό είναι η ασφάλεια του χρήστη και του υλικού, και κατά συνέπεια οι κανονισμοί γύρω από το θέμα αυτό. ΚΝΧ Το πρωτόκολλο ΚΝΧ αποτελείτο διάδοχο μίας σειράς προηγούμενων standards, τα οποία υπήρχαν στον ευρωπαϊκό κυρίως χώρο. Το σύστημα είναι σχεδιασμένο ώστε να μπορεί να ελεγχθεί από κάθε είδους υπολογιστική συσκευή, από έναν απλό μικροελεγκτή μέχρι και ένα κανονικό PC, ενώ τα πρότυπα που το απαρτίζουν είναι ανοικτά σε κάθε κατασκευαστή, με αποτέλεσμα να το υποστηρίζουν οι περισσότερες μεγάλες εταιρείες, όπως οι Bosch, Siemens, Μerten, Legrand και πολλές άλλες. 17
ΠΡΩΤΟΚΟΛΛΟ Χ10 Αυτό είναι το πιο διαδεδομένο πρότυπο ελέγχου, κυρίως στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού, και ταυτόχρονα το πιο παλιό. Το Χ10 παρουσιάστηκε το μακρινό 1975 από τη βρετανική εταιρεία, Pico Electronics. Λόγω της παλαιότητας του συστήματος, στα μειονεκτήματά του προσμετρούνται η πολύ μικρή ταχύτητα, οι περιορισμένες δυνατότητες, η απώλεια δεδομένων, οι παρεμβολές και η έλλειψη κρυπτογράφησης. HOMEPLUG Πρόσφατα, στο πρότυπο αυτό προστέθηκε και ένα ακόμη επίπεδο, το οποίο φέρει το όνομα HomePlug Command & Control και αφορά ακριβώς σε αυτό για το οποίο μιλάμε, δηλαδή, στον οικιακό αυτοματισμό. Καθώς η τεχνολογία HomePlug είναι σχεδιασμένη για να λειτουργεί επάνω στην υπάρχουσα ηλεκτρική καλωδίωση, ναι μεν οι ταχύτητες που προσφέρει είναι πολύ μεγάλες, αλλά λειτουργώντας παράλληλα με το απλό HomePlug δίκτυο που ήδη υπάρχει στα περισσότερα σπίτια αντιμετωπίζει διάφορα προβλήματα αυξομείωση της τάσης στις συσκευές. Επίσης, το HomePlug είναι πρότυπο κατεξοχήν για υπολογιστές, καθώς η λειτουργικότητά του είναι πιο ορθολογική και επικεντρωμένη στον έλεγχο μέσω υπολογιστή, κάτι που επιτρέπει τη δημιουργία δυνατών προγραμμάτων χειρισμού, αλλά και εύκολης σύνδεσης με το Internet. PLC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLERS) Η ανάγκη για σύγχρονη και αποτελεσματική παρακολούθηση των υπάρχουσων τεχνολογιών επιβάλλει σήμερα τη σαφή και κατανοητή παρουσίαση των παραμέτρων της στον χρήστη. Τα στοιχεία είναι αναγκαίο να εμφανίζονται στην οθόνη του Η/Υ σε μορφή κατάλληλη ώστε ναπαρέχετε η διαδραστικότητα που χρειάζεται ο χρήστης έτσι ώστε να επέμβει και να επικοινωνίσει με τον υπολογιστή. Για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο πρέπει το αντίστοιχο λογισμικό απεικόνισης στοιχείων να είναι ευέλικτο, να συνεργάζεται με μονάδες αυτοματοποίησης 18
(PLC, ρομποτικά συστήματα κ.λ.π ), να υποστηρίζει δίκτυα για την μεταφορά της πληροφορίας στους χώρους που βρίσκεται ο χρήστης κάθε φορά και να προσφέρεται σε χαμηλό κόστος. Η εγκατάστασή του θα μπορεί έτσι να γίνει απρόσκοπτα και ταχύτατα σε όλα τα σημεία που χρειάζεται εποπτικός έλεγχος. Ο προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής χρησιμοποιήθηκε αρχικά στη δεκαετία του 1970. Οι αρχικοί ενδοιασμοί όσον αφορά στην αξιοπιστία και ασφάλειά του γρήγορα αντικαταστάθηκαν από ευρεία αποδοχή. Τα πλεονεκτήματά του εξασφάλισαν την άμεση εμπορική επιτυχία του. [7][10] Οι προγραμματιζόμενοι ελεγκτές, όπως και κάθε μηχανολογικός εξοπλισμός πρέπει να χρησιμοποιείται σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή σχετικά με την εγκατάσταση και χρήση του, ώστε να αποδώσει τα αναμενόμενα χωρίς προβλήματα. Δεν πρέπει να λησμονείται ότι τα PLC είναι πολύπλοκες κατασκευαστικές συσκευές, οι οποίες στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται εντατικά κάτω από δύσκολες συνθήκες. Είναι επομένως βασικό να είναι γνωστοί και να τηρούνται οι κανόνες που αποσκοπούν στην απρόσκοπτη λειτουργία των PLC ως συσκευών. Ενδεικτικά αξίζει να αναφερθούν κάποια πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα των PLC. Φυσικη προστασια Κάθε PLC πρέπει να προστατεύεται από νερό, σκόνη ελαίων ή διαλυτών, ουσίες δηλαδή πολύ συνηθισμένες σε οικιακά περιβάλλοντα, τα οποία είναι συνήθεις χώροι λειτουργίας τους. Οι ουσίες αυτές μειώνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής των PLC και δημιουργούν προβλήματα στη λειτουργία τους. Η συνήθης μέθοδος προστασίας είναι ο εγκλεισμός της συσκευής σε κατάλληλο προστατευτικό δοχείο. Προσοχή πρέπει να δοθεί, ώστε να μην δημιουργηθεί πρόβλημα υπερθέρμανσης (ελλιπής αερισμός). 19
Ασφάλεια Η ασφάλεια της συσκευής του ελεγκτή είναι μια πολύ σημαντική παράμετρος που πρέπει να προβλέπεται κατά την εγκατάσταση ώστε να εξασφαλισθεί ότι το προϊόν είναι καλά προστατευμένο από διάφορους ηλεκτρικούς κινδύνους. Ο χρήστης πρέπει να λάβει μία σειρά μέτρων, ώστε οι προστασίες του κατασκευαστή να υποστηριχθούν και να μην ακυρωθούν. Τα σημαντικότερα σημεία που αξίζουν προσοχής είναι: Σωστές τακτικές γείωσης. Σωστή χρήση ασφαλειών. Προστασία από υπερτάσεις. Πιο αναλυτικά έχουμε: Η γ ε ί ω σ η είναι εξαιρετικά σημαντική. Συνήθως απαιτείται η χρησιμοποίηση προστατευτικού αγωγού σημαντικής διαμέτρου για την σύνδεση του ακροδέκτη γείωσης του ελεγκτή με μια «καθαρή» γείωση. Καθαρή είναι η γείωση εκείνη που ΔΕΝ χρησιμοποιείται από συσκευές με πολύ μεγάλα ονομαστικά ρεύματα ή από μηχανήματα που προκαλούν παρενοχλήσεις. Ένας σωστά γειωμένος ελεγκτής είναι λιγότερο ευάλωτος σε προβλήματα που σχετίζονται με συσσώρευση στατικού ηλεκτρισμού ή σε λανθασμένη λειτουργία που προκαλείται από εξωτερικά σφάλματα γείωσης. Η χρήση α σ φ α λ ε ι ώ ν ή ασφαλειοδιακοπτών για την προστασία των κυκλωμάτων εξόδου από υπερβολικό ρεύμα πρέπει να γίνεται με σωστό τρόπο, δηλαδή η ονομαστική τιμή της ασφάλειας πρέπει να είναι η σωστή και όχι μεγαλύτερη από το κανονικό. Η π ρ ο σ τ α σ ί α από υπερτάσεις τέλος αναφέρεται στο περιορισμό ζημιάς που προκύπτει από μεταβατικές τάσεις λόγω μεταγωγής ή από αστραπή. Πιθανά προβλήματα μπορεί να προέρχονται από τις εισόδους ή ακόμα και από το τροφοδοτικό. Αντιστάσεις που εξαρτώνται από τάση, κοινά γνωστές ως 20
varistors, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ασφαλή αντιμετώπιση των υπερτάσεων. Ένα varistor χαρακτηρίζεται από μη γραμμική αντίσταση. Αυτό σημαίνει ότι εμφανίζει μεγάλη αντίσταση όσο η εφαρμοζόμενη τάση παραμένει κάτω από την κρίσιμη τιμή κατωφλιού. Μόλις όμως η τάση υπερβεί το όριο αυτό, το varistor χάνει ξαφνικά την αντίστασή του και γίνεται πολύ αγώγιμο, γειώνοντας αποτελεσματικά το κύκλωμα, προλαμβάνεται η διείσδυση της υπέρτασης προς το PLC.[8][9] Στο σημείο αυτό αξίζει να αναφερθεί και το κυριότερο μειονέκτημα των PLC που είναι η ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή. Ηλεκτρομαγνητικη παρεμβολη Ηλεκτρομαγνητικά πεδία που ίσως υπάρχουν στο χώρο εγκατάστασης είναι ικανά να δημιουργήσουν παρεμβολές και προβλήματα στη λειτουργία των PLC, για αυτό είναι βασικό να προστατεύσουμε με κάποιο τρόπο τις συσκευές από τις επιδράσεις των πεδίων αυτών. Βασικές αιτίες παρεμβολής ηλεκτρομαγνητικών πεδίων είναι: α. Ηλεκτρικά τόξα από μεγάλους μεταγωγούς. Σε αυτή την περίπτωση ο ελεγκτής πρέπει να τοποθετηθεί μακριά από τις πηγές αυτές σε περίβλημα από ατσάλι, του οποίου η θύρα να παραμένει κλειστή. β. Εξοπλισμός με μεγάλα ρεύματα ή υψηλές συχνότητες χωρίς κυκλώματα καταστολής. Στην περίπτωση αυτή η παρεμβολή φτάνει στον ελεγκτή μέσω των καλωδιώσεων, εκδηλώνεται δε με τη μορφή ανεπιθύμητων σημάτων εισόδου. 21
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 3.1 ΟΡΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΜΕΛΕΤΗΣ ΕΝΟΣ ΙΑ ΡΑΣΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Η ανάγκη επικοινωνίας και αλληλεπίδρασης όλο και περισσότερων ανθρώπων με υπολογιστικά συστήματα διαφόρων τύπων μεγαλώνει καθώς η χρήση των υπολογιστών επεκτείνεται και οι υπολογιστές υπεισέρχονται ολοένα και περισσότερο σε νέες πτυχές τις ζωής στις σύγχρονες κοινωνίες. Η ανάγκη, συνεπώς, να μελετηθούν θεωρητικά τα χαρακτηριστικά της επικοινωνίας ανθρώπου-υπολογιστή ώστε να βελτιωθεί η σχεδίαση της διεπιφάνειας ανθρώπου-υπολογιστή (human-computer interface), δηλαδή του μέσου που διευκολύνει την επικοινωνία και την αλληλεπίδραση μεταξύ δύο οντοτήτων τόσο διαφορετικών όπως ο άνθρωπος και η μηχανή, γίνεται επιτακτική. Η μελέτη αυτή είναι αντικείμενο της επιστημονικής περιοχής που είναι γνωστή ως «Επικοινωνία Ανθρώπου-Υπολογιστή (ΕΑΥ)» (Human-Computer Interaction, HCI). Σύμφωνα με την ACM1, η Επικοινωνία Ανθρώπου-Υπολογιστή είναι η γνωστική περιοχή της πληροφορικής που μελετάει τον σχεδιασμό, την ανάπτυξη και την αξιολόγηση διαδραστικών υπολογιστικών συστημάτων ( interactive computer systems), δηλαδή συστημάτων που αλληλεπιδρούν με τους χρήστες τους. [1] Τα κύρια πορίσματα και η συσσωρευμένη εμπειρία της γνωστικής αυτής περιοχής υπό μορφή κανόνων και μεθόδων έχουν ως στόχο να υποστηρίξουν τη σχεδίαση υπολογιστικών συστημάτων εύχρηστων και προσαρμοσμένων στις ανάγκες και τα χαρακτηριστικά των χρηστών τους. 22
3.1.1 Επιστηµονικές περιοχές Η ΕΑΥ παρουσιάζει ιδιαιτερότητες και διαφέρει από τους άλλους κλάδους της πληροφορικής επειδή είναι υποχρεωμένη από το αντικείμενο της να μελετήσει, πέραν των τεχνολογιών και των μεθοδολογιών σχεδιασμού και λειτουργίας υπολογιστικών συστημάτων, τη συμπεριφορά του ατόμου είτε ως μονάδας είτε ως μέλους μιας ομάδας, της οποίας λειτουργία υποβοηθείται από τους υπολογιστές.[1] Συνέπεια της ιδιαιτερότητας αυτής είναι ότι η ΕΑΥ άπτεται πολλών επιστημονικών κλάδων από τους οποίους αντλεί συμπεράσματα. Οι κύριες γνωστικές περιοχές που εμπλέκονται στη μελέτη της επικοινωνίας ανθρώπου με τους υπολογιστές αναφέρονται επιγραμματικά : a) Η Πληροφορική, η οποία παρέχει γνώση που αφορά τις δυνατότητες της τεχνολογίας (συσκευές διάδρασης), τεχνικές και εργαλεία για ανάπτυξη υπολογιστικών συστημάτων (τεχνολογία λογισμικού), τεχνικές για ανάπτυξη ευφυών και προσαρμοσμένων συστημάτων αλληλεπίδρασης (τεχνητή νοημοσύνη) κλπ. b) Η Ψυχολογία και ειδικά η Γνωστική Ψυχολογία (Cognitive Psychology) που μελετά τις γνωστικές λειτουργίες του ανθρώπου όπως την οπτική αντίληψη, τη μνήμη και την ικανότητα επίλυσης προβλημάτων και προσπαθεί να κατανοήσει λειτουργίες όπως η διαδικασία απόκτησης γνώσης και η επίτευξη τεθέντων στόχων από ένα άτομο. c) Η Κοινωνική Ψυχολογία που μελετά την ανθρώπινη συμπεριφορά στα πλαίσια του κοινωνικού περιβάλλοντος και επιτρέπει τη μελέτη της επίδρασης της εισαγωγής τεχνολογίας σε οργανισμούς, δηλαδή σε μεγάλες επιχειρήσεις, δημόσιες υπηρεσίες κλπ. Στις οποίες η τεχνολογία τροποποιεί την αλληλεπίδραση των εργαζομένων. 23
d) Η Εργονομία που ασχολείται με το σχεδιασμό συσκευών και εργαλείων που είναι κατάλληλα για ανθρώπινη χρήση, μελετά συσκευές εισόδουεξόδου και θέτει τις προϋποθέσεις ευχρηστίας του λογισμικού. e) Άλλες επιστημονικές περιοχές σε μικρότερο βάθος, όπως η γλωσσολογία, η φιλοσοφία, η ανθρωπολογία, η επιστήμη του βιομηχανικού σχεδιασμού κλπ. 3.1.2 Θέµατα έρευνας και ανάπτυξης Η ΕΑΥ είναι μια επιστημονική περιοχή με ραγδαία ανάπτυξη και έντονη δραστηριότητα τα τελευταία χρόνια. Η περιοχή αυτή διαδραματίζει εξέχοντα ρόλο στην ανάπτυξη και χρήση σύγχρονων διαδραστικών υπολογιστικών διατάξεων. Τεχνολογία Ευχρηστίας (Usability Engineering): Η σημασία της ευχρηστίας στο σχεδιασμό συστημάτων αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή είναι μεγάλη. Υπάρχει μεγάλη ερευνητική δραστηριότητα με στόχο την ανάπτυξη μεθόδων και εργαλείων για τη μέτρηση της ευχρηστίας και για την εισαγωγή της στον κύκλο ζωής διαδραστικού λογισμικού. Συστήματα για άτομα με ειδικές ανάγκες: Η περιοχή αυτή έχει παραδοσιακά αποτελέσει αντικείμενο μελέτης και έρευνας της ΕΑΥ. Ο σχεδιασμός και η προσαρμογή των συσκευών και του λογισμικού ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν από άτομα με ειδικές ανάγκες-ικανότητες ή και από άτομα τρίτης ηλικίας αποτελεί επιτακτική ανάγκη για τις σύγχρονες κοινωνίες. Εφαρμογές συνεργασίας με υπολογιστή: Οι υπολογιστές εισάγονται σε περιβάλλοντα εργασίας και υποστηρίζουν τη συνεργασία απομακρυσμένων ατόμων και εικονικών ομάδων. Όμως τα αποτελέσματα δεν είναι πάντα τα προσδοκώμενα. Οι εφαρμογές υποστήριξης συνεργασίας με υπολογιστή έχουν αποτελέσει τα τελευταία χρόνια αντικείμενο της ΕΑΥ, για να μελετηθούν τα 24
κοινωνικά χαρακτηριστικά των ομάδων των χρηστών τους και να κατανοηθούν οι αιτίες που οι εφαρμογές αυτές δεν επιτυγχάνουν. Ενσωμάτωση μεθόδων ανθρωπο-κεντρικού σχεδιασμού (user-centered design) στον κύκλο ζωής του λογισμικού, δηλαδή μεθόδων που πρεσβεύουν την εμπλοκή σε μεγάλο βαθμό των χρηστών κατά τη σχεδίαση του λογισμικού. Οι τεχνικές αυτές της ΕΑΥ δεν έχουν ακόμη ενσωματωθεί στην τεχνολογία λογισμικού και οι γνωστικές περιοχές (τεχνολογία λογισμικού και ΕΑΥ) συνυπάρχουν μέχρι σήμερα χωρίς να επηρεάζουν σημαντικά η μία την άλλη. Γίνεται προσπάθεια τα τελευταία χρόνια να λάβουν τα πορίσματα της ΕΑΥ τέτοια μορφή ώστε να ενσωματωθούν σε καθιερωμένες τεχνικές ανάπτυξης συστημάτων λογισμικού.[1] 3.1.3 Η σηµασία της διεπιφάνειας χρήστη Η σημασία της καλής σχεδίασης της διεπιφάνειας χρήστη γίνεται πιο προφανής σε περιπτώσεις κρίσιμων λειτουργιών. Η σχεδίαση της διεπιφάνειας είναι πιο δύσκολη στις περιπτώσεις αυτές που τα συστήματα έχουν υψηλό βαθμό συνθετότητας και αυτοματοποιούν μεγάλο αριθμό λειτουργιών, όπως για παράδειγμα στην περίπτωση συστημάτων παρακολούθησης βιομηχανικών και άλλων κρίσιμων διεργασιών. [2] Ο ρόλος του χρήστη στη περίπτωση αυτή μειώνεται συχνά σε παρακολούθηση της διεργασίας και παρέμβαση μόνο σε περιπτώσεις σφαλμάτων και απρόσμενων συμβάντων. Όμως η παρέμβαση του χρήστη στην περίπτωση αυτή, αν και πιο σπάνια, γίνεται πιο αποφασιστική. Η εισαγωγή νέων αυτοματισμών και νέων συσκευών δημιουργεί νέους τρόπους ύπαρξης και ένα πλαίσιο αλληλεπίδρασης που προηγουμένως δεν υπήρχε. Όμως αυτό το νέο πλαίσιο αντί να κάνει τον 25
ανθρώπινο ρόλο πιο εύκολο δημιουργεί συχνά πρόσθετες δυσκολίες αφού συνήθως οι εύκολες λειτουργίες ρουτίνας αυτοματοποιούνται ενώ οι δυσκολίες παραμένουν στον άνθρωπο ο οποίος, μετά από συνθήκες απραξίας, πρέπει να αντιδράσει γρήγορα και αποφασιστικά ενώ το σύστημα συχνά αντί να τον διευκολύνει τον πλημμυρίζει με άχρηστες πληροφορίες που δυσχεραίνουν το έργο του. Είναι ευνόητο ότι ο ρόλος της διεπιφάνειας χρήστη και η καλή σχεδίαση της αλληλεπίδρασης ανθρώπου-υπολογιστή στις περιπτώσεις αυτές είναι σημαντικός. 26
3.2 ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ 3.2.1 Ανάλυση του προβλήµατος Σε αυτό το στάδιο της υλοποίησης είναι φρόνιμο να γίνει η συγκέντρωση, η καταγραφή και ο ορισμός των απαιτήσεων της εφαρμογής, που παίρνουν τελικά την μορφή ενός εγγράφου του «Ορισμός Απαιτήσεων (requirements definition)» βάσει του οποίου γίνεται η σύνταξη συμβολαίου υποχρεώσεων μεταξύ των ιδιοκτητών του προβλήματος και αυτών που αναλαμβάνουν την ανάπτυξη της εφαρμογής. Εδώ γίνεται μια καταγραφή αυτών που περιμένει ο πελάτης από την εφαρμογή. Παρακάτω παρατίθενται οι απαιτήσεις της εφαρμογής μας: Εισαγωγή στην εφαρμογή με την είσοδο ηλεκτρονικής κάρτας σε Card Reader. Ύπαρξη κεντρικής φόρμας από την οποία θα γίνεται η επιλογή του χώρου που θέλει να ελέγξει ο χρήστης. Ύπαρξη μπάρας μενού σε όλες τις φόρμες διαχείρισης χώρων. Ύπαρξη πλήκτρου στην μπάρα μενού, για την άμεση αποστολή e-mail στον τεχνικό για αναφορά σφάλματος. Ύπαρξη ονόματος χρήστη και κωδικού πρόσβασης κατά την είσοδο του τεχνικού στην φόρμα διαχείρισης σφαλμάτων. Δυνατότητα διαχείρισης φωτισμού του κάθε χώρου ξεχωριστά. Δυνατότητα διαχείρισης ηχοσυστήματος. Δυνατότητα διαχείρισης τηλεόρασης. Δυνατότητα διαχείρισης ηλεκτρικών ρολών του κάθε χώρου ξεχωριστά. Δυνατότητα διαχείρισης θέρμανσης του κάθε χώρου ξεχωριστά. Δυνατότητα διαχείρισης κλιματισμού του κάθε χώρου ξεχωριστά. Δυνατότητα αναφοράς ελέγχου πυρασφάλειας. 27
Έπειτα αρχίζει η επόμενη φάση του σχεδιασμού του προϊόντος, επαρκή για την ανάπτυξή του, οι «φόρμες προδιαγραφής απαιτήσεων (requirements specification)», όπου γίνεται ο μετασχηματισμός των απαιτήσεων από τον Πελάτη με τεχνικούς όρους για την απευθείας χρήση στην σχεδίαση της εφαρμογής σε ειδικά διαμορφωμένες φόρμες. Υπηρεσία Εισαγωγή στην εφαρμογή με την είσοδο ηλεκτρονικής κάρτας σε Card Reader. Περιγραφή Για την ομαλή λειτουργία του λογισμικού και την ασφάλεια του προγράμματος ο χρήστης, για να μεταβεί στην κεντρική φόρμα της εφαρμογής και να μπορέσει να διαχειριστεί το σύστημα, θα πρέπει να εισάγει μια ηλεκτρονική κάρτα, η οποία θα είναι από πριν προγραμματισμένη, σε ένα Card Reader, ο οποίος θα είναι συνδεδεμένος με το σύστημα. Αυτό θα γίνεται έτσι ώστε να μην επιτρέπεται η πρόσβαση σε μη εξουσιοδοτημένους χρήστες. Είσοδος Εισαγωγή ενός κωδικού. Προέλευση Εισαγωγή από τον χρήστη του λογισμικού. Έξοδος Επιτυχής πρόσβαση του χρήστη. Προορισμός Οθόνη του υπολογιστή. Προϋπόθεση Ο κωδικός που θα υπάρχει στην ηλεκτρονική κάρτα να είναι ο σωστός. 28
Υπηρεσία Ύπαρξη κεντρικής φόρμας από την οποία θα γίνεται η επιλογή του χώρου που θέλει να ελέγξει ο χρήστης. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής και αφού γίνει η σωστή εισαγωγή του χρήστη στο σύστημα θα υπάρχει μια κεντρική φόρμα από την οποία ο χρήστης θα μπορεί να επιλέξει τον αντίστοιχο χώρο που θέλει κάθε φορά να διαχειριστεί. Από εκεί θα οδηγείται στην αντίστοιχη φόρμα του χώρου που επιλέγει από τον χρήστη, για την διαχείριση του χώρου. Είσοδος Επιλογή του χώρου. Προέλευση Εισαγωγή από τον χρήστη του λογισμικού. Έξοδος Προώθηση του χρήστη στην φόρμα διαχείρισης του χώρου που επιλέχθηκε. Προορισμός Οθόνη του υπολογιστή. Προϋπόθεση Ο χρήστης να επιλέξει έναν χώρο για διαχείριση. Υπηρεσία Ύπαρξη μπάρας μενού σε όλες τις φόρμες διαχείρισης χώρων. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα υπάρχει μια μπάρα μενού στις φόρμες διαχείρισης χώρων. Έτσι ο χρήστης θα μπορεί να έχει πρόσβαση στις επιλογές που μπορεί να κάνει μέσα από ένα καλαίσθητο γραφικό περιβάλλον. Είσοδος Δεδομένα συστήματος. Προέλευση Από το σύστημα αυτόματα. Έξοδος Εμφάνιση της μπάρας μενού στο επάνω τμήμα των φορμών της εφαρμογής. Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή 29
Προϋπόθεση Ο χρήστης να έχει αποκτήσει πρόσβαση στο πρόγραμμα. Υπηρεσία Ύπαρξη πλήκτρου στην μπάρα μενού, για την άμεση αποστολή e-mail στον τεχνικό για αναφορά σφάλματος. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα υπάρχει μια επιλογή στην μπάρα μενού, έτσι ώστε ο χρήστης να μπορεί να πραγματοποιήσει την άμεση αποστολή e-mail στον τεχνικό του συστήματος για την παροχή άμεσης εξυπηρέτησης από τον τεχνικό. Είσοδος Επιλογή χρήστη. Προέλευση Από τον χρήστη του συστήματος. Έξοδος Εκτέλεση του προγράμματος διαχείρισης e-mail. Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή Προϋπόθεση Ο χρήστης να πραγματοποιήσει την αντίστοιχη επιλογή. Υπηρεσία Ύπαρξη ονόματος χρήστη και κωδικού πρόσβασης κατά την είσοδο του τεχνικού στην φόρμα διαχείρισης σφαλμάτων. Περιγραφή Για την ομαλή λειτουργία του λογισμικού και την ασφάλεια του προγράμματος θα πρέπει ο τεχνικός να εισάγει ένα όνομα χρήστη και κωδικό πρόσβασης στο σύστημα κατά την εισαγωγή του στην φόρμα διαχείρισης σφαλμάτων, έτσι ώστε να μην επιτρέπεται η πρόσβαση σε μη εξουσιοδοτημένους χρήστες. Είσοδος Εισαγωγή του ονόματος χρήστη και κωδικού πρόσβασης. Προέλευση Εισαγωγή από τον τεχνικό του λογισμικού. Έξοδος Επιτυχής πρόσβαση του χρήστη. Προορισμός Οθόνη του υπολογιστή. Προϋπόθεση Το όνομα χρήστη και ο κωδικός πρόσβασης που θα δώσει ο τεχνικός να είναι αληθή. 30
Υπηρεσία Δυνατότητα διαχείρισης φωτισμού του κάθε χώρου ξεχωριστά. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη του λογισμικού να ενεργοποιήσει τον φωτισμό του κάθε χώρου. Επίσης θα μπορεί ο χρήστης να διαχειρίζεται τους χώρους ξεχωριστά έτσι ώστε η ενεργοποίηση του φωτισμού ενός χώρου να παραμένει ακόμα και αν ο χρήστης θελήσει να περιηγηθεί σε κάποιο άλλο χώρο του σπιτιού Είσοδος Επιλογή χρήστη. Προέλευση Από τον χρήστη του λογισμικού. Έξοδος Αποστολή δεδομένων στο PLC για την ενεργοποίηση του φωτισμού του χώρου που επιλέχθηκε. Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή και στο PLC. Προϋπόθεση Ο χρήστης να επιλέξει να ενεργοποιήσει τον φωτισμό. Υπηρεσία Δυνατότητα διαχείρισης ηχοσυστήματος. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη του λογισμικού να ενεργοποιήσει το ηχοσύστημα του κάθε χώρου. Επίσης θα μπορεί ο χρήστης να διαχειρίζεται τους χώρους ξεχωριστά έτσι ώστε η ενεργοποίηση του ηχοσυστήματος ενός χώρου να παραμένει ακόμα και αν ο χρήστης θελήσει να περιηγηθεί σε κάποιο άλλο χώρο του σπιτιού Είσοδος Επιλογή χρήστη. Προέλευση Από τον χρήστη του λογισμικού. Έξοδος Αποστολή δεδομένων στο PLC για την ενεργοποίηση του ηχοσυστήματος του χώρου που επιλέχθηκε. 31
Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή και στο PLC. Προϋπόθεση Ο χρήστης να επιλέξει να ενεργοποιήσει το ηχοσύστημα. Υπηρεσία Δυνατότητα διαχείρισης τηλεόρασης. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη του λογισμικού να ενεργοποιήσει την τηλεόραση του κάθε χώρου. Επίσης θα μπορεί ο χρήστης να διαχειρίζεται τους χώρους ξεχωριστά έτσι ώστε η ενεργοποίηση της τηλεόρασης ενός χώρου να παραμένει ακόμα και αν ο χρήστης θελήσει να περιηγηθεί σε κάποιο άλλο χώρο του σπιτιού Είσοδος Επιλογή χρήστη. Προέλευση Από τον χρήστη του λογισμικού. Έξοδος Αποστολή δεδομένων στο PLC για την ενεργοποίηση της τηλεόρασης του χώρου που επιλέχθηκε. Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή και στο PLC. Προϋπόθεση Ο χρήστης να επιλέξει να ενεργοποιήσει την τηλεόραση. Υπηρεσία Δυνατότητα διαχείρισης ηλεκτρικών ρολών του κάθε χώρου ξεχωριστά. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη του λογισμικού να ενεργοποιήσει τα ηλεκτρικά ρολά του κάθε χώρου. Επίσης θα μπορεί ο χρήστης να διαχειρίζεται τους χώρους ξεχωριστά έτσι ώστε η ενεργοποίηση των ηλεκτρικών ρολών ενός χώρου να παραμένει ακόμα και αν ο χρήστης θελήσει να περιηγηθεί σε κάποιο άλλο χώρο του σπιτιού Είσοδος Επιλογή χρήστη. Προέλευση Από τον χρήστη του λογισμικού. 32
Έξοδος Αποστολή δεδομένων στο PLC για την ενεργοποίηση των ηλεκτρικών ρολών του χώρου που επιλέχθηκε. Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή και στο PLC. Προϋπόθεση Ο χρήστης να επιλέξει να ενεργοποιήσει τα ηλεκτρικά ρολά. Υπηρεσία Δυνατότητα διαχείρισης θέρμανσης του κάθε χώρου ξεχωριστά. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη του λογισμικού να εισάγει την επιθυμητή θερμοκρασία του κάθε χώρου έτσι ώστε να ενεργοποιηθεί η θέρμανση του αντίστοιχου χώρου. Επίσης θα μπορεί ο χρήστης να διαχειρίζεται τους χώρους ξεχωριστά έτσι ώστε η ενεργοποίηση της θέρμανσης ενός χώρου να φτάσει αυτόματα την επιθυμητή θερμοκρασία. Είσοδος Επιθυμητή θερμοκρασία. Προέλευση Από τον χρήστη του λογισμικού. Έξοδος Αποστολή δεδομένων στο PLC για την ενεργοποίηση της θερμοκρασίας του χώρου που επιλέχθηκε. Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή και στο PLC. Προϋπόθεση Η θερμοκρασία που θα δοθεί να είναι στα επιτρεπτά όρια του καυστήρα. Υπηρεσία Δυνατότητα διαχείρισης κλιματισμού του κάθε χώρου ξεχωριστά. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη του λογισμικού να εισάγει την επιθυμητή υγρασία του κάθε χώρου έτσι ώστε να ενεργοποιηθεί ο κλιματισμός του αντίστοιχου χώρου. Επίσης θα μπορεί ο χρήστης να διαχειρίζεται τους χώρους ξεχωριστά έτσι ώστε η ενεργοποίηση του κλιματισμού ενός χώρου να φτάσει αυτόματα την επιθυμητή υγρασία. 33
Είσοδος Επιθυμητή υγρασία. Προέλευση Από τον χρήστη του λογισμικού. Έξοδος Αποστολή δεδομένων στο PLC για την ενεργοποίηση του κλιματισμού του χώρου που επιλέχθηκε. Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή και στο PLC. Προϋπόθεση Η σχετική υγρασία που θα δοθεί να είναι στα επιτρεπτά όρια. Υπηρεσία Δυνατότητα αναφοράς ελέγχου πυρασφάλειας. Περιγραφή Κατά την εκτέλεση της εφαρμογής θα δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη του λογισμικού με το πάτημα ενός button να γίνεται ένας έλεγχος πυρασφάλειας και να εμφανίζεται μια αναφορά στον χρήστη με την κατάσταση των αισθητηρίων του χώρου. Είσοδος Επιλογή χρήστη. Προέλευση Από τον χρήστη του λογισμικού. Έξοδος Αποστολή και λήψη δεδομένων από και προς το PLC για τον έλεγχο του χώρου που επιλέχθηκε. Προορισμός Στην οθόνη του υπολογιστή και στο PLC. Προϋπόθεση Να πατηθεί το πλήκτρο ελέγχου πυρασφάλειας. 34
3.2.2 ιάγραµµα ροής δεδοµένων Ένα διάγραμμα ροής δεδομένων (data-flow diagram ή DFD) είναι μια γραφική αναπαράσταση της "ροής" των δεδομένων διαμέσου ενός πληροφοριακού συστήματος. Τα διαγράμματα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν επίσης για οπτικοποίηση της επεξεργασίας των δεδομένων (δομημένη σχεδίαση, structured design).[11] Σε ένα DFD, τα δεδομένα ρέουν από μια εξωτερική πηγή δεδομένων προς έναν εσωτερικό αποθηκευτικό χώρο δεδομένων ή έναν εξωτερικό προορισμό δεδομένων, μέσω μιας εσωτερικής διεργασίας. Ένα DFD δεν παρέχει πληροφορίες για το χρονισμό των διεργασιών ή το αν αυτές λειτουργούν ακολουθιακά ή παράλληλα. Είναι επομένως διαφορετικό από ένα διάγραμμα ροής (flowchart), το οποίο δείχνει τη ροή του ελέγχου μέσα σε έναν αλγόριθμο και επιτρέπει στον αναγνώστη να βρίσκει ποιες λειτουργίες θα εκτελεστούν, με ποια σειρά και κάτω από ποιες συνθήκες, αλλά όχι τι είδους δεδομένα θα εισαχθούν και θα εξαχθούν από το σύστημα, ούτε από πού έρχονται τα δεδομένα και προς τα πού κατευθύνονται, ούτε πού αυτά αποθηκεύονται (όλες αυτές οι πληροφορίες εμφανίζονται σε ένα DFD).[11] Αποτελεί κοινή πρακτική η δημιουργία αρχικά ενός διαγράμματος ροής δεδομένων contexts (system context diagram, context-level data flow diagram), το οποίο να δείχνει την αλληλεπίδραση μεταξύ του συστήματος και των εξωτερικών agents, οι οποίοι λειτουργούν σαν πηγές και προορισμοί δεδομένων. Σε αυτό το διάγραμμα, που είναι γνωστό και σαν 'DFD Επιπέδου 0', οι αλληλεπιδράσεις του συστήματος με τον εξωτερικό κόσμο μοντελοποιούνται αποκλειστικά με βάση τις ροές δεδομένων στο όριο του συστήματος (system boundary). Το διάγραμμα δείχνει όλο το σύστημα σαν μια μοναδική διεργασία και δεν παρέχει πληροφορίες για την εσωτερική του οργάνωση.[22] Αυτό το DFD σε επίπεδο context DFD στη συνέχεια "εκρήγνυται", για να παράγει ένα DFD Επιπέδου 1, το οποίο δείχνει κάποιες από τις λεπτομέρειες του 35
συστήματος που μοντελοποιείται. Το DFD Επιπέδου 1 δείχνει πώς το σύστημα διαιρείται σε υποσυστήματα (διεργασίες), κάθε ένα από τα οποία χειρίζεται μια ή περισσότερες ροές δεδομένων από ή προς έναν εξωτερικό agent, και τα οποία μαζί παρέχουν τη συνολική λειτουργικότητα του συστήματος. Εμφανίζει επίσης τους εσωτερικούς αποθηκευτικούς χώρους δεδομένων, οι οποίοι πρέπει να υπάρχουν στο σύστημα για να λειτουργεί σωστά, και τη ροή των δεδομένων μεταξύ διάφορων τμημάτων του συστήματος. Τα διαγράμματα ροής δεδομένων (DFDs) αποτελούν έναν από τους τρεις βασικούς τρόπους θεώρησης στην ανάλυση δομημένων συστημάτων και στη μέθοδο σχεδίασης SSADM. Ο διαχειριστής του project και οι τελικοί χρήστες θα πρέπει να ενημερωθούν και οι απόψεις τους να χρησιμοποιηθούν, σε όλα τα στάδια της εξέλιξης ενός συστήματος. Με ένα διάγραμμα ροής δεδομένων, οι χρήστες μπορούν να οπτικοποιήσουν τον τρόπο με τον οποίο το σύστημα θα λειτουργήσει, τι θα μπορεί να επιτύχει, και πώς πρόκειται να αναπτυχθεί. Τα διαγράμματα ροής του παλιού συστήματος μπορούν επίσης να σχεδιαστούν και να συγκριθούν με τα διαγράμματα ροής δεδομένων του νέου συστήματος, για να προκύψουν συγκρίσεις ώστε να υλοποιηθεί ένα καλύτερο σύστημα. Τα διαγράμματα ροής δεδομένων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δοθεί στον τελικό χρήστη μια ιδέα του πώς τα δεδομένα που αυτός εισάγει επηρεάζουν το συνολικό σύστημα από τις διαταγές (order), στη διεκπεραίωση(dispatch) και στην αναφορά (report). Το πώς αναπτύσσεται ένα σύστημα μπορεί να καθοριστεί από ένα διάγραμμα ροής δεδομένων.[12] Κατά την ανάπτυξη ενός συνόλου από πολυεπίπεδα (levelled) διαγράμματα ροής δεδομένων, ο αναλυτής/σχεδιαστής πρέπει να ορίσει πώς το σύστημα αποσυντίθεται σε υποσυστήματα από μονάδες (component subsystems), και να αναγνωρίσει τα δεδομένα συναλλαγών (transaction data) στο μοντέλο δεδομένων. Υπάρχουν διάφοροι συμβολισμοί να σχεδιαστούν διαγράμματα ροής δεδομένων που ορίζουν διαφορετικές οπτικές αναπαραστάσεις για τις 36
διεργασίες, τους αποθηκευτικούς χώρους δεδομένων, τη ροή δεδομένων και τις εξωτερικές οντότητες. Παρακάτω παρατίθενται τα διαγράμματα ροής δεδομένων που σχεδιάστηκαν για την υλοποίηση του συστήματός μας. 37
Διάγραμμα ροής δεδομένων 1 ου επιπέδου 38
Διάγραμμα ροής δεδομένων 2 ου επιπέδου 39
Διάγραμμα ροής δεδομένων 2 ου επιπέδου 40
3.2.3 Αλληλεπίδραση δεδοµένων Κατά τη δημιουργία της εφαρμογής μας ονομάστηκε τυπικά ένας μεγάλος αριθμός από οντότητες, τύπους, σχέσεις και ιδιότητες. Έτσι παρακάτω γίνεται μια αναφορά στο λεξικό δεδομένων της εφαρμογής μας, όπως επίσης και στις φόρμες κώδικα. 3.2.3.1 Λεξικό δεδοµένων Το λεξικό δεδομένων περιέχει όλα τα ονόματα των μεταβλητών που χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση της εφαρμογής μας καθώς και το όνομα της συνάρτησης όπου ανήκει η μεταβλητή, τον τύπο και μια περιγραφή του κάθε ονόματος. Ο παρακάτω πίνακας περιέχει τα δεδομένα της φόρμας frmpass της εφαρμογής μας, όπου εκεί πραγματοποιείται και ο έλεγχος των δεδομένων εισαγωγής του χρήστη, με απώτερο σκοπό την πρόσβασή του στην εφαρμογή. Για περαιτέρω ενημέρωση ο αναγνώστης θα πρέπει να μεταβεί στο Παράρτημα Α της παρούσας εργασίας. Όνομα συνάρτησης Όνομα μεταβλητής Τύπος Περιγραφή Γίνεται κλίση της εντολής My.Computer.FileSystem.WriteAllText έτσι ώστε κατά το κλίσιµο της φόρµας frmpass_ FormClosing (σηµατοδοτώντας το τερµατισµό της εφαρµογής) γίνεται η αρχικοποίηση των αρχείων που γίνεται η καταγραφή των δεδοµένων, για την επίτευξη της επικοινωνίας του ηλεκτρονικού υπολογιστή µε το PLC. frmpass_ Load Γίνεται κλίση των συναρτήσεων και εντολών που χρειάζονται από το πρόγραµµα κατά την φόρτωση της 41
συγκεκριµένης φόρµας. Η εντολή εκτελείται κατά την φόρτωση txtpass. της φόρµας frmpass έτσι ώστε ο Focus() κέρσορας να είναι επικεντροµένος πάνω στο text box txtpass. ηµιουργία ενός ρεύµατος επικοινωνία btnlog_ Click file System.IO. Stream Reader του λογισµικού µας µε ένα αρχείο, για την κατάλληλη εισροή δεδοµένων από το αρχείο προς το πρόγραµµά µας και την περαιτέρω επεξεργασία των δεδοµένων αυτών κατά την λειτουργία του λογισµικού. ηµιουργία µεταβλητής για την καταχώρηση των δεδοµένων του χρήστη (ηλεκτρονική κάρτα) για την σύγκρισή Str String τους µε τα δεδοµένα ασφαλείας στην βάση δεδοµένων, έτσι ώστε να γίνει η ταυτοποίηση του χρήστη και να δοθεί πρόσβαση ή όχι. 3.2.3.2 Φόρµες κώδικα Κατά την διάρκεια υλοποίησης της εφαρμογής μας, δημιουργήθηκε επίσης και ένας μεγάλος αριθμός από συναρτήσεις. Οι φόρμες κώδικα συμπεριλαμβάνουν αυτές τις συναρτήσεις σε ειδικά διαμορφωμένες φόρμες, οι οποίες σε συνδυασμό με το λεξικό δεδομένων, που παρατίθεται πιο πάνω, και με τον κώδικα της εφαρμογής θα δώσουν στον αναγνώστη, που θέλει να περιηγηθεί στον κώδικα της εφαρμογής, περισσότερες λεπτομέρειες και βοήθεια στην αναζήτηση μιας συγκεκριμένης λειτουργίας. 42
Οι φόρμες κώδικα περιέχουν στοιχεία για το όνομα της συνάρτησης, μια μικρή περιγραφή για την λειτουργία της συγκεκριμένης συνάρτησης, τις τυχόν επιστρεφόμενες τιμές που μπορεί να προκύψουν από την συνάρτηση, καθώς και την αλληλεπίδραση της συνάρτησης με άλλες συναρτήσεις της εφαρμογής. Ενδεικτικά παρακάτω παρατίθενται κάποιες φόρμες κώδικα. Για περεταίρω ενημέρωση ο αναγνώστης θα πρέπει να παραπεμφθεί στο Παράρτημα Β της παρούσας εργασίας. ΟΝΟΜΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ Private Sub frmpass_load ( ) Εµφάνιση φόρµας εισαγωγής ηλεκτρονικής κάρτας για τον έλεγχο της εισόδου του χρήστη στην εφαρµογή. Me.Show() txtpass.focus() ΟΝΟΜΑ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ Private Sub frmpass_formclosing ( ) Αρχικοποίηση των αρχείων που αποτελούν την βάση δεδοµένων του συστήµατός µας πριν την έξοδο από το σύστηµα. My.Computer.FileSystem.WriteAllText() Για το κάθε αρχείο της βάσεως δεδοµένων µας. 43
3.3 ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΠΟΥ ΠΡΟΕΚΥΨΑΝ Κατά την υλοποίηση του λογισμικού πολλά ήταν τα προβλήματα και τα ερωτήματα που παρουσιάστηκαν. Η επίλυσή τους κρίθηκε απαραίτητη, ώστε η εφαρμογή να φτάσει στην σημερινή της μορφή. 3.3.1 Προβλήµατα αναφερόµενα στα έξυπνα σπίτια Τα τελευταία χρόνια πολλά είναι αυτά που έχουν ακουστεί σε ότι αφορά τα «έξυπνα» σπίτια. Έτσι έπρεπε να πραγματοποιηθεί μια εμπεριστατωμένη έρευνα για τις τεχνολογίες και τις υπηρεσίες που υπάρχουν και παρέχονται στο «έξυπνο» σπίτι, για την υλοποίηση της παρούσας εργασίας. Αρχικά το πρώτο ερώτημα που τέθηκε ήταν «Τί σημαίνει έξυπνο σπίτι» και πώς μπορεί η διαχείρισή του να γίνεται από μία θέση εργασίας. Ο μόνος τρόπος να απαντηθούν αυτά τα ερωτήματα ήταν οι αναζήτηση σε διάφορους διαδικτυακούς τόπους όπως και οι συζητήσεις με κατασκευαστές σπιτιών που θα ήθελαν να παρέχουν στους μελλοντικούς τους πελάτες παροχές, οι οποίες θα είναι ενσωματωμένες στην κατοικία, διαχειριζόμενες από έναν αυτοματισμό. Έτσι έπειτα από επισκέψεις σε διάφορες κατασκευαστικές εταιρίες κατοικιών, έγιναν εμφανείς οι ανάγκες που υπάρχουν στον τομέα της αυτοματοποίησης σπιτιών. Επίσης έπρεπε να γίνει μια αναζήτηση για την υπάρχουσα τεχνολογία που θα μπορούσε να παρέχει βοήθεια στην υλοποίηση ενός διαδραστικού συστήματος διαχείρισης έξυπνου σπιτιού. Ο τρόπος επίλυσης αυτού του προβλήματος δόθηκε μέσω του διαδικτύου καθώς και με την άντληση πληροφοριών από προμηθευτές ηλεκτρονικού και ηλεκτρολογικού εξοπλισμού βιομηχανικών προϊόντων. Έτσι μου έγινε γνωστός ο κατάλληλος εξοπλισμός που 44
χρειάζεται κάποιος για την υλοποίηση αυτού του συστήματος, όπως αισθητήρια θερμοκρασίας, υγρασίας, ενεργοποιητές, διακόπτες και ότι είναι διαθέσιμο στις μέρες μας. Ακόμα ένα πρόβλημα που προέκυψε ήταν τι πραγματικά είναι ένα διαδραστικό σύστημα και πώς αυτό μπορεί να συνδυαστεί με έναν αυτοματισμό. Η επίλυση του προβλήματος πραγματοποιήθηκε με την αναζήτηση και ανάγνωση άρθρων και συγγραμμάτων που ασχολούνται με την διαδραστικότητα ενός συστήματος και την επικοινωνία του ανθρώπου με τον υπολογιστή. Μέσω αυτών των συγγραμμάτων έγινε αντιληπτή ο τρόπος επικοινωνίας ενός ανθρώπου με τον υπολογιστή και πώς αυτός πρέπει να είναι. Τέλος, ένα άλλο ερώτημα που παρουσιάστηκε κατά την διάρκεια υλοποίησης του συστήματος ήταν, ποιος ήταν ο ήδη υπάρχων ηλεκτρομηχανολογικός εξοπλισμός που χρησιμοποιούνταν μέχρι στιγμής στην υλοποίηση αυτοματισμών. Αξίζει να αναφέρουμε ότι στην επίλυση αυτού του προβλήματος συνέβαλαν οι απαντήσεις σε ερωτήματα ηλεκτρολόγων εγκαταστάσεων βιομηχανικών αυτοματισμών. Επίσης και η ανάγνωση διάφορων τεχνικών βιβλίων και περιοδικών βοήθησε πραγματικά στην κατανόηση του τρόπου λειτουργίας και των δυνατοτήτων που παρείχε η κάθε συσκευή. 3.3.2 Προβλήµατα αναφερόµενα στο λογισµικό Εν συνεχεία η γλώσσα προγραμματισμού που θα χρησιμοποιείτο για την ανάπτυξη του προγράμματος, ήταν ένα επιπλέον πρόβλημα που προέκυψε. Ύστερα από μια σειρά επισκέψεων στο τμήμα Αυτοματισμού του Τ.Ε.Ι. Θεσσαλονίκης και στην έκθεση INFOSYSTEM, καθώς και από ερωτήσεις που έγιναν σε καθηγητές του τμήματος Αυτοματισμού και σε στελέχη εταιριών αυτοματισμού, η επιλογή ήταν να υλοποιηθεί το σύστημα σε γλώσσα SCADA. Αναζητώντας την εύρεση της κατάλληλης έκδοσης SCADA προέκυψε ένα μεγάλο πρόβλημα. Το κόστος αγοράς του λογισμικού αυτού καθώς και η 45
καθυστέρηση της προμήθειάς του ήταν παράγοντες επιλογής ενός άλλου λογισμικού. Μετά από συζητήσεις που έγιναν με τους καθηγητές του τμήματός Εφαρμοσμένης Πληροφορικής του πανεπιστημίου Μακεδονία, και οι διευκρινήσεις που δόθηκαν σε όσον αφορά τις δυνατότητες προγραμματισμού που προσφέρει η Visual Basic, η επιλογή ήταν το σύστημα να υλοποιηθεί με την γλώσσα προγραμματισμού Visual Basic.ΝΕΤ, καθώς η διάθεση του λογισμικού ήταν δωρεάν και άμεση. Μετά την απόκτηση του λογισμικού ανάπτυξης Visual Basic.ΝΕΤ, όπως ήταν αναμενόμενο, αφού δεν υπήρχε γνώση αυτής της γλώσσας ανάπτυξης εφαρμογών, ακολούθησε η αγορά βιβλίων που θα βοηθούσαν στην εκμάθησή της. Επίσης η εγγραφή μου σε διαδικτυακούς τόπους της Microsoft Corporation, δημιουργού της γλώσσας ανάπτυξης εφαρμογών Visual Basic, και η ανάρτηση ερωτημάτων βοήθησε στην επίλυση ερωτημάτων και απόκτηση γνώσεων. Κατά την πρώτη επαφή που έγινε με την Visual Basic ήταν πρωτόγνωρη η λειτουργία του user interface του λογισμικού, καθώς και η αλληλεξάρτηση που υπήρχε μεταξύ των control της εφαρμογής, λόγω του ότι ήταν η πρώτη επαφή με ένα τέτοιο περιβάλλον μιας γλώσσας ανάπτυξης εφαρμογών. Έτσι σε συνεργασία με τον καθηγητή κ. Ιωάννη Μαυρίδη, τα βιβλία που αγοράστηκαν και την αναζήτηση σε διαδικτυακούς τόπους το πρόβλημα λύθηκε γρήγορα. Άλλο ένα πρόβλημα που προέκυψε ήταν, ότι δεν υπήρχε γνώση του πως θα είναι οπτικά οι διάφοροι χώροι του σπιτιού. Έτσι η κατεύθυνση ήταν να γίνει μια πρώτη επαφή με τα υπάρχοντα προγράμματα διαχείρισης έξυπνων σπιτιών. Οι συζητήσεις που έγιναν με τους χρήστες των λογισμικών και τους υπεύθυνους των κατασκευαστικών εταιριών ήταν πολύ χρήσιμες, έτσι ώστε να ζωγραφιστούν, τα διάφορα τμήματα των μηχανημάτων, με τέτοια μορφή που θα είναι ευδιάκριτα και κατανοητά από οποιονδήποτε χρήστη. Το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε για την δημιουργία των χώρων του σπιτιού ήταν το ArchiCAD, καθώς οι δυνατότητες που προσφέρει είναι τρομερές. 46
Η άγνοια του τρόπου με τον οποίο πραγματοποιείται η σειριακή επικοινωνία, μέσω της Visual Basic, ενός PLC με τον υπολογιστή ήταν ένα ερώτημα που προέκυψε. Ο μόνος τρόπος που ήταν εφικτός ώστε να δοθεί μια απάντηση ήταν η δημοσίευση ερωτημάτων σε διάφορους διαδικτυακούς τόπους συζητήσεων στο internet, καθώς και οι συνεχείς επισκέψεις σε ιστοσελίδες του δημιουργού του λογισμικού ανάπτυξης εφαρμογών που χρησιμοποιήθηκε. Παράλληλα ανακαλύφθηκε ότι τα PLC που χρησιμοποιούνται στους υπάρχοντες αυτοματισμούς προέρχονται από διαφορετικές εταιρίες και ο τρόπος διαχείρισής τους είναι διαφορετικός από εταιρία σε εταιρία. Ορισμένες εταιρίες προσφέρουν PLC τα οποία παρόλο που είναι της ίδιας κατασκευάστριας εταιρίας, ο τρόπος διαχείρισής τους αλλάζει ριζικά. Τότε αποφασίστηκε στη σειριακή θύρα επικοινωνίας να αποστέλλεται ένας αριθμός, διαφορετικός κάθε φορά ανάλογα με τον ποιο ενεργοποιητή επιλέξει ο χρήστης να θέσει σε λειτουργία, όπου το κάθε PLC, με το πρόγραμμά του, θα κάνει τις ανάλογες λειτουργίες. Στην απόφαση αυτή σημαντικό ρόλο έπαιξαν οι επισκέψεις που έγιναν στις ιστοσελίδες των κατασκευαστών PLC, καθώς και οι απαντήσεις που δόθηκαν στις ερωτήσεις που πραγματοποιήθηκαν στους υπεύθυνους των εταιριών αυτών. Τέλος, σε όλη τη διάρκεια της ολοκλήρωσης του διαδραστικού συστήματος διαχείρισης του έξυπνου σπιτιού, προέκυψαν αρκετά προγραμματιστικά προβλήματα, όπως η δημιουργία φορμών ώστε αν δεν τερματιστεί η συγκεκριμένη φόρμα να μην ανοίγει η επόμενη ή τον τύπο του Project που θα επιλεγόταν από το user interface της Visual Basic, καθώς και ο τρόπος λειτουργίας των dialog boxes. Οι λύσεις στα προβλήματα αυτού του είδους δόθηκαν από απαντήσεις σε δημοσιευμένες ερωτήσεις που έγιναν σε διαδικτυακούς τόπους συζητήσεων, όπως και οι συνεχείς επισκέψεις σε ιστοσελίδες του κατασκευαστή της Visual Basic και το διάβασμα των βιβλίων που αγοράστηκαν. 47
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 4.1 ΕΓΧΕΙΡΙ ΙΟ ΧΡΗΣΗΣ Πριν ξεκινήσουμε να αναλύουμε την κάθε μια φόρμα ξεχωριστά, θα πρέπει, ίσως, να πούμε κάποια γενικά πράγματα που ισχύουν σε όλες τις φόρμες. Στο επάνω τμήμα της κάθε φόρμας υπάρχει η μπάρα με τα menu που είναι διαθέσιμα στο χρήστη, σε όλη τη διαδικασία διαχείρισης και λειτουργίας της διεπαφής του έξυπνου σπιτιού. Στο δεξιό τμήμα των φορμών του κάθε χώρου, που μπορεί να διαχειριστεί ο χρήστης, υπάρχουν τα Button που είναι διαθέσιμα στον χρήστη έτσι ώστε να μπορεί να ενεργοποιήσει τους διαθέσιμους ενεργοποιητές. Στο κάτω τμήμα των φορμών υπάρχουν τα αισθητήρια που είναι διαθέσιμα στον χρήστη για παρατήρηση και διαχείρισή τους. Η εφαρμογή ξεκινά με τη φόρμα εισαγωγής της ηλεκτρονικής κάρτας του χρήστη στον Card reader. Με την εισαγωγή της κάρτας γίνεται ο κατάλληλος εσωτερικός έλεγχος του κωδικού ΡΙΝ, έτσι ώστε το πρόγραμμα να δώσει ή όχι πρόσβαση στον χρήστη. Με την εισαγωγή της κάρτας με τον σωστό κωδικό ΡΙΝ ο χρήστης εισέρχεται στην κεντρική φόρμα του προγράμματος. 48
Εικ.1 Φόρμα εισαγωγής κωδικού ΡΙΝ Κατά την είσοδο στην εφαρμογή, ανοίγει η κεντρική φόρμα, από όπου ο χρήστης μπορεί να επιλέξει τον χώρο που θέλει να διαχειριστεί. Εικ.2 Κεντρική φόρμα διαχείρισης έξυπνου σπιτιού Ο χρήστης μπορεί να διαλέξει ανάμεσα στο υπνοδωμάτιο, το σαλόνι, την κουζίνα, το μπάνιο και το παιδικό δωμάτιο. 49
Εικ.2 α Φόρμα διαχείρισης υπνοδωματίου έξυπνου σπιτιού Εικ.2 β Φόρμα διαχείρισης σαλονιού έξυπνου σπιτιού 50
Εικ.2 γ Φόρμα διαχείρισης κουζίνας έξυπνου σπιτιού Εικ.2 δ Φόρμα διαχείρισης μπάνιου έξυπνου σπιτιού 51
Εικ.2 ε Φόρμα διαχείρισης παιδικού δωματίου έξυπνου σπιτιού Επιλέγοντας ο χρήστης κάποιο χώρο του σπιτιού, στο επάνω τμήμα της εφαρμογής υπάρχει η μπάρα των μενού. Εικ.3 Δυνατές επιλογές χρήστη από την μπάρα μενού της φόρμας Από εκεί ο χρήστης μπορεί να επιλέξει να ενεργοποιήσει τους ενεργοποιητές Εικ.3 α Ενεργοποιητές 52
να ελέγξει τους αισθητήρες που υπάρχουν στον κάθε χώρο Εικ.3 β Αισθητήρες να στείλει αναφορά σφάλματος με email στον τεχνικό του συστήματος, είτε να επιλέξει να εμφανίσει το παρόν εγχειρίδιο χρήσης ή να εμφανίσει τις πληροφορίες του προγράμματος. Εικ.3 γ Βοήθεια Αν επιλεγεί το «Πληροφορίες» τότε εμφανίζεται το πλαίσιο με τις πληροφορίες της εφαρμογής. Εικ.4 α Φόρμα πληροφοριών του λογισμικού 53
Ενώ αν επιλεγεί το «Εγχειρίδιο χρήσης» τότε εμφανίζεται το παρόν εγχειρίδιο σε μορφή pdf. Εικ.4 β Εγχειρίδιο χρήσης Αν επιλεγεί η «φόρμα τεχνικού» τότε το πρόγραμμα θα εμφανίσει την φόρμα ελέγχου της ηλεκτρονικής κάρτας του τεχνικού έτσι ώστε μετά την εισαγωγή της ηλεκτρονικής κάρτας του τεχνικού στον Card reader και τον έλεγχό της να γίνεται η προώθηση του τεχνικού στην φόρμα του τεχνικού. 54
Εικ.5 Φόρμα εισαγωγής κάρτας τεχνικού Κατά την επιβεβαίωση του ελέγχου της κάρτας του τεχνικού, ο τεχνικός προωθείτε στην φόρμα τεχνικού. Εικ.6 α Φόρμα τεχνικού 55
Εδώ δίνεται η δυνατότητα στον τεχνικό να μπορεί να ελέγξει την κατάσταση των αισθητηρίων και με οπτικό έλεγχο στα αισθητήρια θα μπορεί να προβεί στις κατάλληλες ενέργειες ώστε να επιδιορθώσει τυχόν βλάβη σε κάποιο από τα αισθητήρια. Έτσι ο τεχνικός θα μπορεί να ενεργοποιήσει διάφορους ενεργοποιητές σε διάφορους χώρους και να μπορεί, επισκεπτόμενος την φόρμα του τεχνικού αν όντως το σύστημα στέλνει τα κατάλληλα δεδομένα έτσι ώστε να ενεργοποιηθούν οι ενεργοποιητές. Εικ.6 β Φόρμα τεχνικού 56
Εν συνεχεία, όταν ο χρήστης βρίσκεται σε κάποιο χώρο θα μπορεί να διαχειριστεί τους ενεργοποιητές του χώρου είτε από τα Button στην μπάρα μενού είτε από τα button που βρίσκονται κατά μήκος της φόρμας. Εικ.7 Γενική άποψη χώρου Από εκεί ο χρήστης μπορεί να επιλέξει να ενεργοποιήσει τον φωτισμό του χώρου πατώντας στο πλήκτρο «Φωτισμός». 57
Εικ.8 Ενεργοποίηση φωτισμού χώρου Επίσης μπορεί να ενεργοποιήσει τα παντζούρια του χώρου πατώντας το πλήκτρο «παντζούρια». Εικ.9 α Ενεργοποίηση παντζουριών χώρου με ενεργοποιημένο φωτισμό 58
Εικ.9 β Ενεργοποίηση παντζουριών χώρου με απενεργοποιημένο φωτισμό Έχοντας ή όχι ενεργοποιημένο τον φωτισμό του χώρου. Επίσης επιλέγοντας το πλήκτρο «Στερεοφωνικό» θα ενεργοποιείτε αυτόματα το στερεοφωνικό του χώρου από όπου θα μπορεί ο χρήστης να ακούσει μουσική. Ο χρήστης έχει ακόμα την δυνατότητα να μπορεί να ενεργοποιήσει την τηλεόραση επιλέγοντας το αντίστοιχο πλήκτρο «Τηλεόραση». 59
Εικ.10 Ενεργοποίηση τηλεόρασης χώρου Στο κάτω τμήμα της περιοχής των ενεργοποιητών βρίσκονται τα σύμβολα «+» και «-» καθώς μπορεί να παρατηρήσει την θερμοκρασία του χώρου την συγκεκριμένη στιγμή. Η τιμή της θερμοκρασίας βρίσκεται δίπλα στο εικονίδιο του θερμόμετρου. Η τιμή της θερμοκρασίας επιστρέφεται στο σύστημα από το αισθητήριο που είναι συνδεδεμένο με το PLC. Εικ.11 Περιοχή διαχείρισης θερμοκρασίας χώρου 60
Από εδώ ο χρήστης μπορεί να αλλάξει την θερμοκρασία του χώρου επιλέγοντας το σύμβολο «+», για να την αυξήσει, είτε το «-» για να την μειώσει. Έτσι όταν ο χρήστης επιλέξει να διαφοροποιήσει την θερμοκρασία τότε πατώντας κάποιο από τα πλήκτρα εμφανίζεται η τιμή της θερμοκρασίας που θέλει να επιλέξει ο χρήστης. Εικ.12 Αλλαγή θερμοκρασίας χώρου Η επιλεγόμενη θερμοκρασία εμφανίζεται στιγμιαία για να γνωρίζει ο χρήστης την τιμή της θερμοκρασίας που θέλει να επιλέξει. Η θερμοκρασία κάθε χώρου ρυθμίζεται ξεχωριστά για τον κάθε χώρο. Έτσι ο χρήστης για τους χώρους που δεν χρησιμοποιεί, μπορεί να έχει την θερμοκρασία χαμηλή, ώστε να μην ενεργοποιείται ο καυστήρας και να υπάρχει καλύτερη διαχείριση της ενέργειας. Ακόμα στο κάτω δεξί μέρος της κάθε φόρμας διαχείρισης χώρου βρίσκεται το πλήκτρο «Επιλογή Χώρου». Έτσι δίνεται η δυνατότητα στον χρήστη να επιστρέψει στην κεντρική φόρμα και να μπορεί να επιλέξει κάποιον άλλο χώρο, με σκοπό να προωθηθεί στον χώρο της επιλογής του και να τον διαχειριστεί. Τέλος, ο χρήστης έχει την δυνατότητα να κάνει έλεγχο των αισθητηρίων πυρασφάλειας του χώρου στον οποίο βρίσκεται και διαχειρίζεται. 61
Εικ.13 Περιοχή ελέγχου αισθητηρίων Πατώντας το πλήκτρο με το σήμα του συστήματος ασφαλείας θα γίνεται έλεγχος του αισθητηρίου. Εικ.14 Επιτυχής έλεγχος αισθητηρίων Όταν το πλήκτρο πατηθεί και αφού γίνεται έλεγχος των αισθητηρίων και βρεθούν τα αισθητήρια να είναι ενεργά, τότε μετά τον έλεγχο επιστρέφεται ένα μήνυμα στον χρήστη ότι όλα τα αισθητήρια ελέγχθηκαν και λειτουργούν σωστά. Εικ.15 Μήνυμα επιτυχή ελέγχου αισθητηρίων 62