مانیتورینگ و کنترلینگ سیستم‌های خانه هوشمند

خانه هوشمند امروزه به یک مکان تحقیقاتی تبدیل شده است. در واقع افرادی که دوست دارند خانه مدرنی داشته باشند، به خانه‌های هوشمند علاقه دارند. با توجه به اینکه اینترنت بخش مهمی از ارتباطات گسترده در زندگی مدرن است، اینترنت اشیا به خانه‌ها اجازه داده است تا فراتر از ساخت و ساز خانه‌های معمولی بروند.

در بسیاری از حوزه‌های زندگی انسان‌ها، اینترنت اشیا رشد تصاعدی داشته است. به طور مثال نظارت بر عوامل زیست محیطی، کنترل خانه و لوازم آن و ذخیره داده‌های تولید شده توسط دستگاه‌های خانه در فضای ابری از جمله کاربرد آن‌ها است.

خانه هوشمند شامل اجزاء، فناوری‌ها و دستگاه‌های متعددی است که داده‌های ارزشمندی را برای پیش‌بینی فعالیت‌های خانه و محیط تولید می‌کند. این کار طراحی و توسعه یک سیستم اتوماسیون خانگی هوشمند فراگیر و مبتنی بر ابر را ارائه می‌دهد. این سیستم از طریق یک برنامه موبایل اندرویدی امنیت خانه و محیط آن را کنترل و نظارت می‌کند.

یک ماژول، وسایل الکتریکی و عوامل محیطی را کنترل و نظارت کرده، در حالی که ماژول دیگری با تشخیص حرکت و گرفتن تصاویر، بر امنیت خانه نظارت می‌کند. در واقع این سیستم از یک دوربین برای گرفتن تصاویری از اجسام استفاده می‌کند که توسط آنها حرکت شناسایی شده است. برای جلوگیری از هشدارهای کاذب، از مفهوم یادگیری ماشینی برای تمایز بین تصاویر ساکنان معمولی خانه و تصاویر یک مزاحم استفاده شده است.

الگوریتم ماشین استفاده شده است تا ویژگی‌های تصویر گرفته شده را طبقه‌بندی کند و قبل از ارسال زنگ هشدار به کاربر، تعیین کند که آیا این تصویر متعلق به یک ساکن عادی خانه است یا یک مزاحم. طراحی اپلیکیشن موبایل امکان نمایش گرافیکی فعالیت‌های خانه را فراهم می‌کند. سیستم خانه‌های هوشمند ثابت می‌کند که الگوریتم‌های یادگیری ماشینی می‌توانند عملکرد سیستم اتوماسیون خانگی را بهبود بخشند و امنیت خانه را افزایش دهند.

اهمیت کنترلینگ و مانیتورینگ خانه‌های هوشمند

با شیوع روزافزون سرقت و تهدیدهای شخصی برای ساکنان خانه و آسیب به اموال، داشتن یک سیستم مؤثر برای پیگیری امنیت در خانه و محیط بسیار مهم است. ایمنی و امنیت جان‌ها و اموال امری مهم و ضروری است و باید در اولویت قرار گیرد؛ بنابراین، یک خانه باید مجهز به یک سیستم هوشمند برای نظارت از راه دور، کنترل و گزارش فعالیت‌ها به ساکنان باشد. برای دستیابی به امنیت، ایمنی، راحتی و کنترل یک خانه، یک سیستم اتوماسیون خانگی هوشمند مورد نیاز است.

خانه هوشمند برنامه‌ای از اینترنت اشیا (IoT) است که به ساکنان این امکان را می‌دهد تا بر فعالیت‌های خانه خود از هر مکانی کنترل و نظارت کنند. در واقع اینترنت اشیا یک سیستم به هم پیوسته است که به دستگاه‌های الکترونیکی اجازه می‌دهد تا از طریق اتصال شبکه با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و تبادل اطلاعات کنند.

بنابراین سیستم اتوماسیون خانه هوشمند برای تضمین کیفیت بالای زندگی با نظارت و کنترل محیط خانه ضروری هستند. هدف اولیه یک سیستم اتوماسیون خانه هوشمند ایمنی است، مانند شناسایی گازهای مضر، آتش سوزی یا مزاحمان خانه، امکان نظارت و کنترل از راه دور لوازم خانگی و محیط، کاهش مصرف انرژی و … .

لوازم و دستگاه‌ها از طریق فناوری‌های سخت‌افزار خانگی IoT از حسگرها و محرک‌ها برای ارتباطات و اتوماسیون استفاده می‌کنند که می‌توان خانه را به صورت محلی یا از راه دور کنترل کرد. در نتیجه خانه را با ارائه خدماتی با حداقل دخالت انسانی هوشمند می‌کند.

به‌عنوان مثال، از طریق اینترنت، می‌توان خانه‌ای را از هر مکانی کنترل کرد، مکانیزم کنترل از طریق نرم‌افزار اختصاصی یا یک برنامه تلفن همراه که روی لپ‌تاپ، تبلت، رایانه شخصی یا گوشی هوشمند اجرا می‌شود، انجام می‌گردد. سنسورها ممکن است در خانه برای نظارت بر مصرف برق و آب، تشخیص حرکت و کنترل دما، رطوبت و وسایل خانه استفاده شوند.

با این حال، خدمات رایانش ابری و الگوریتم‌های یادگیری ماشینی، عملکرد خانه هوشمند را افزایش داده‌اند. خدمات رایانش ابری که به نفع سیستم‌های اتوماسیون خانگی است، وظیفه ذخیره داده‌ها، کاهش خطر قطع شدن سرور و از دست دادن داده‌، سهولت و کارایی تعامل با دستگاه‌های موجود در خانه، و اتوماسیون خدمات معمول را بر عهده دارد.

از آنجایی که هر خانه ممکن است چندین ساکن داشته باشد، حرکات زیادی در خانه شناسایی می‌شود؛ بنابراین، باید مکانیزمی برای تمایز بین حرکت ساکنان قانونی خانه و حیوانات خانگی آنها و یک متجاوز وجود داشته باشد. هنگامی که با فناوری‌های اینترنت اشیا ترکیب می‌شود، یک الگوریتم یادگیری ماشینی می‌تواند به تشخیص و تمایز حرکات در خانه کمک کند.

الگوریتم‌های یادگیری ماشینی امنیت را با ایجاد تفاوت بین طبقه‌بندی فعالیت‌ها در خانه افزایش می‌دهند. به‌عنوان مثال الگوریتم ماشین می‌تواند حرکت انسان و حیوان را در خانه تشخیص دهد.

تجزیه و تحلیل و ارزیابی داده‌ها برای پیش‌بینی اقدامات و شرایط محیطی و بهینه سازی اتوماسیون یکی دیگر از مزایای استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین در اتوماسیون خانه‌های هوشمند است. هنگامی که مفهوم یادگیری ماشین با فناوری‌های IoT در طراحی و توسعه یک سیستم اتوماسیون خانه هوشمند ترکیب می‌شود، سیستم عملکرد فوق‌العاده کارآمدی را به همراه دارد.

در این کار، ما یک سیستم مبتنی بر اپلیکیشن موبایل اندروید را برای کنترل لوازم الکتریکی، نظارت و اندازه‌گیری عوامل محیطی، حرکت، و گرفتن تصاویر از مزاحمان احتمالی خانه ارائه می‌کنیم. این سیستم به گونه‌ای طراحی شده است که کم هزینه، انعطاف پذیر و قابل توسعه باشد.

برنامه تلفن همراه دستور خاموش یا روشن کردن هر یک از لوازم برقی خانگی را برای استفاده بهینه از انرژی می‌دهد. رطوبت و دمای فعلی خانه را اندازه‌گیری می‌کند و به کاربر اطلاع می‌دهد، تصاویر گرافیکی خانه را نمایش می‌دهد و داده‌ها را در ابر ذخیره یا بازیابی می‌کند.

هدف استفاده از اینترنت اشیا در کنترل خانه هوشمند

اهداف این کار به شرح زیر است:

1. توسعه اپلیکیشن اندروید برای کنترل از راه دور وسایل برقی، نظارت و نمایش عوامل محیطی در خانه و اطراف آن.
2. پیاده‌سازی یک سیستم اتوماسیون مبتنی بر حسگر برای تشخیص حرکت و نفوذ در خانه.
3. استفاده از یک الگوریتم یادگیری ماشین برای تشخیص تصاویر در خانه برای جلوگیری از هشدارهای اشتباه توسط سیستم امنیتی.