Monitorizarea de la distanță a unei case cu grad ridicat de inteligență Absolvent: Giurculete Cosmin Coordonator: Prof. dr. ing. Sgârciu Valentin… [610747]

`
Universitatea Politehnica București
Facultatea de Automatică și Calculatoare
Departamentul de Automatică și Ingineria Sistemelor

LUCRARE DE LICEN ȚĂ
Monitorizarea de la distanță a unei case
cu grad ridicat de inteligență

Absolvent: [anonimizat]:
Prof. dr. ing. Sgârciu Valentin

București, 2020

2
Cuprins
Lista figurilor…… ……………………………………………………………………… ……. 4
Lista t abelelor………………………………………… .……………………………… ……… . 6
1. Introducere……………………………………………………………………………….. . 7
2. Conceptul de “Cas ă Inteligentă ”………………………………………………… ..…… … 8
2.1 Definiți e……………………………………………………………………… …. 8
2.2 Sistemele unei “Case Inteligente“………………… ……………………… ……….. 9
2.3 Avantaje le și dezavantaje le unei c ase inteligente…………………………… … 10
3. Raspberry Pi 3 Model B + ……………………………………………………………… .. 12
3.1 Defini ție și utilizare…………………………… …………………………………… …. 12
3.2 Caracteristici t ehnice………………………………………………………… … 13
4. Senzori…… ………………………………………………………………………… …… 14
4.1 Definitie și tipuri de senzori ……………………………………………………………………… 14
4.2 Clasifică ri………………………………………………………………… .…… 14
4.3 Senzorul de temperatură și umididate SHT 11……………………………… ….16
4.4 Senzorul de mișcare cu infra roșu HC -SR501………………………………… …17
4.5 Camera PI Noir (Infrarosu) versiunea 2.1 21………………………………… ….21
5. Smartphone …… ………………………………………………………………………….. 23
5.1 Istori c……………………………………………………………………………. 23
5.2 Hardwa re………………………………………………………………………. . 24
6. Tehnologia Wi -fi și protocolul de rețea SSH .…………………………………………… 25
6.1 Istoric ….……………………………………………………………………….. 25
6.2 Avantajele rețelelor wireless la o casă………………………………………… .. 25
6.3 Dezavantajele rețelelor wireless la o casă…………………………………… ….26
6.4 Router și rolul lui……………………………………………………………… .26
6.5 Protocolul de rețea SSH……………………………………………………… …27
6.5.1 Impl ement ări SSH………………………………………………………………27
7. Studiu de caz: Monitorizarea de la distanță a unei case cu grad ridicat de inteligență
folosind smartphone -ul……………………………………………………………………… 29
7.1 Instalarea sistemului de operare Raspbian …………… ………………… ………29
7.2 Studiu de caz: Monitorizarea de la distanță cu senzorul SHT11…… ……… ….30

3
7.2.1 Conexiune hardware dintre Raspberry și Senzorul SHT11………… ..30
7.2.2 Conexiunea software dintre Raspberry și Senzo rul SHT11………… …30
7.2.3 Conexiunea dintre Raspberry si Smartphone utlizand reteaua Wi -fi….32
7.3 Studiu de caz: Monitorizarea de la distanță cu senzorul HC -SR501……… …… 35
7.3.1 Conexiunea hardware dintre Raspberry și Senzorul HC -SR501…… ….35
7.3.2 Conexiunea software dintre Raspberry și Senzorul HC -SR501……. ….35
7.4 Studiu de caz: Monitorizarea de la distanță cu Camera Pi Noir v.2.1 și cu
ajutorul senzorul HC -SR501……………………………………………………… ….37
7.4.1 Conexiunea hardware……………………………………………… ….37
7.4.2 Conexiunea software………………………………………………… ..37
7.5 Rezultatele obținute în urma experimentelor………………………………… …39
8. Concluzii………… ………………………………………………………………………… 40
Bibliografie………… …………………………………………………………………………4 1

4
Lista figurilor

Figura Numele figurii
2.1 Monitorizarea și sistemele de conducere într -o casă inteligentă
2.2 Functionalitatile unei cladiri inteligente cu ajutorul telefonului mobil
2.3 Exemplu simplu de casa inteligentă
2.3.1 Termostat ambiental
2.3.2 Încuietoare Biometrică cu Amprentă
2.3.3 Avantajele și dezavantajele unei case inteligente
3.1 Raspberry Pi 3 Model B+
3.2 Componentele hardware de pe Raspberry Pi 3 Model B+
4.1 Structura a unui sistem senzorial
4.2 Clasi ficarea senzorilor de poziție/deplasare
4.3.1 Senzorul SHT 11
4.3.2 Pinii senzorului SHT 11
4.3.3 Diagramă bloc petru SHT1x
4.4.1 Senzorul HC -SR501
4.4.2 Ajust ările senzorului HC -501
4.4.3 Raza de detec ție a senzorului HC -501
4.4.4 Ajustarea razei de ac ționare
4.4.5 Ajustarea amânării timpului de oprire
4.4.6 Selectarea modului de declanșare
5.1.1 Smartphone Simon
5.1.2 IPhone prima generație
5.2 Componente hardware smartphone
6 Reprezentarea unei re țele wireless
6.3 Securitatea re țelelor wireless
6.4 Router
6.4.2 Un exemplu de două rețele
6.5 Conexiune SSH

5
Figura Numele figurii
7.1.1 Kitul de instalare pentru OS
7.1.2 Reprezentare visuală pentru introducerea cardului în Raspberry
7.1.3 Reprezentare visual ă pentru conectarea etapei de mai sus
7.2.2.1 Descărcarea librăriei
7.2.2.2 Dezarhivarea librăriei
7.2.2.3 Instalarea modulului
7.2.2.4 Descărcarea datelor pentru senzor
7.2.3.1 Setări SSH
7.2.3.2 Autentificarea cu Mobile SSH
7.2.3.3 Conexiunea cu VNC Viewer
7.2.3.4 Temperatura și umiditatea din încăpere
7.3.1 Conexiunea firelor între raspberry și senzorul HC -SR501
7.3.2.1 Rezultatul executarii programului pentru HC -SR501
7.3.2.2 Aprinderea led -ului după executarea programului pentru HC -SR501
7.4.2.1 Codul sursa pentru Cameră si Senzor
7.4.2.2 Înregistrarea video
7.4.2.3 Captură foto

6
LISTA TABELELOR

Tabel Numele tabelului
4.3 Pinii și descrierea lor
4.4 Pinii și funcția lor

7
1. Introducere

Unele dintre problemele principale ale secolului nostru reprezint ă resursele tot mai puține,
încălzirea globală, eficientizarea și optimizarea proceselor , atât la scală mare cât și mică.
În ziua de azi totul este făcut contra timp. Omul modern are nevoie să i se asig ure un grad
ridicat de confort si mobilitate pentru a simplifica viața .
Elementele cheie în acest domeniu reprezintă achiziția de date în timp real și existența unor
algoritmi clari care să ducă la îndeplinirea cerințelor cu o precizie cât mai mare. În col ectarea
datelor se folosesc senzorii cu fir datorita costului redus în achiziția lor și stabilității oferite.
De ce avem nevoie de case cu grad ridicat de inteligentă ? R ăspunsul este format din 3
cuvinte : confort , siguranță și economie .
Lucrarea de licență studiază tehnologii moderne de monitorizare pentru case inteligente. În
același timp prezintă un studiu de caz în rezolvarea anumitor probleme pe care le întâmpinăm
în viața de zi cu zi.
Manuscr isul tehnic este structurat pe 8 capitole. Introducere a lucrarii prezintă scopul și
motivația în alegerea temei.
Urmat de capitolul doi, numit „ Conceptul de case inteligente ” unde sun t analizate
funcționalitățile, sistemele, avantajele și dezavantajele unei case inteligente .
Capitolul trei este dedicat mini calculatorul denumit Raspberry Pi 3 Model B+ în care vom
vorbi despre ce reprezintă, rolul lui, caracteristicele tehnice și motivul pentru care îl folosim
ca unitate centrală pentru crearea unei case inteligente .
În capitolul patru , intitulat “ Senzo ri ” este p rezentată definiții , tipurile, clasificarea și senzorii
pe care i -am folosit pentru partea experimentală .
Capitolul cinci este dedicat singurului obiect pe care omul modern îl are în permanență la el,
telefo nul mobil inteligent. Facem o scurtă descriere despre istoria și componentele lui.
În capitolul șase vorbim de tehnologia Wi -Fi și protocolul de rețea SSH . Discutăm puțin
despre avantajele, dezavantaj ele și cum a fost descoperit tehnologia wireless . De asemenea
explicăm router -ul și rolul lui în acest proces. Vorbim și despre ce este SSH si implementarile
sale.
Capitolul șapte reprezintă un studiu de caz în care sunt implementate mai multe experimente
de monitorizare de la distanță cu ajutorul smartphone -ului.
Ultimul capitol este dedicat evi dențierii beneficilor senzorilor într -o casă și concluziile finale .

8
2. Conceptul de case inteligente
Orice spațiu poate sa fie transformat într -o ” casă inteligentă ”, indiferent dacă vorbim despre
un apartament, un birou sau o casă de vacanță. Toate dispozitivele ”inteligente” au la bază
senzori și un calculator atașat care îi oferă acestuia mai multă funcționalitate cu ajutorul
programării. În cazul lucrării de licență ne vom folosi de un Raspberry Pi 3 Model B+.

2.1. Definiție
O casă inteligentă este un spațiu locuibil cu tehnologie conectată care are rolul să
îmbunătățească confortul locuinței. Aceasta poate include becuri inteligente, prize inteligente,
termostate inteligente, yale inteligente , camere de supraveghere . Rolul lor este de a ajuta
proprietarii cu reducerea consumului de energie și optimizarea modului în care este utilizat
spațiul.

Figura 2.1: Monitorizarea și sistemele de conducere într -o casă inteligentă
Proprietățile unei case inteligente sunt:
 monitorizarea în timp real
 furnizarea de date legate de facilitățile din clădire și performanțelor sistemelor
 contribuția la conservarea de energie
 creșterea nivelului de siguranță din clădire
 raportarea informațiilor în timp real

9
2.2. Sistemele unei ” case inteligente ”
Casa inteligentă reprezintă o interconexiune de rețele hardware și software centralizate prin
care se monitorizează și controlează mediul din spațiul respectiv. Exempl e de obiecte care pot
fi controlate cu ajutorul telefonului mobil sunt:
 luminile naturale și artificiale
 camerele video
 dispozitivele de divertisment și electrocasnice
 climatizarea
 alarmele

Figura 2.2: Functionalitatile unei cladiri inteligente cu ajutoru l telefonului mobil
Subsistemele înșirui te mai sus trebuie să asigure maximizarea următoarel or criterii:
 confortul
 siguranța
 economia

Figura 2.3: Exemplu simplu de casa inteligentă

10
2.3. Avantaje le și dezavantaje le unei case inteligente
Primul avantaj în realizarea unei case inteligente cu ajutorul senzorilor este confortul,
deoarece toate dispozitivele smart pot fi programate în funcție de situațiile necesare. Unul
dintre primele dispozitive inteligente, cu ajutorul senzorilor de tempera ture este termostatul,
care are control asupra centralelor termice, caloriferelor și aparatelor de climatizare cu scopul
de a încălzi sau răci locuința. Partea de iluminare dintr -o casă cu ajutorul senzorilor de
mișcare reprezintă alt exemplu.

Figura 2.3 .1: Termostat ambiental
Alt avantaj principal este siguranța. Dacă dorești să îți protejezi locuința atunci ai la dispoziție
camere video și alarme cu senzori de mișcare care filmează și blochează ușile în mod
automat. Îți poți asigura casa fără ajutorul c heilor, folosind identificarea pe bază de amprentă
sau retină.

Figura 2.3.2: Încuietoare Biometrică cu Amprentă
Consumul de energie electric ă este monitorizat și controlat de unitatea centrală la care sunt
conectate dispozitive inteligente din casă. Exem plu de situație este atunci cand decizi să
automatizezi toate electronicele și electrocasnicele din locuință. Totul este conceput pentru a
funcționa cât mai eficient, păstrând la minimum consumul.

11
Economisirea de timp reprezintă un alt avantaj. Exemplele s unt urmatoarele:
 Reglarea temperaturii din spațiul respectiv;
 Automatizarea becurilor din casă;
 Reglarea draperiilor în funcție de ciclul de zi și noapte;
 Automatizarea garajului la detecția mașinii clientului etc.
Toate aceste lucruri pe care le facem zi de zi duc la o pierdere substanțială de timp, iar prin
realizarea unei case inteligente rezolvăm problema.
Dezavantajul principal reprezintă prețul. O casă inteligentă poate să fie scumpă, totul depinde
de numărul opțiunilor de automatizare.
Un al t dezavantaj este dependența continuă de curent electric pentru a beneficia de o casă
inteligentă. Alte situații sunt:
 Furtul de date personale
 Posibilitatea unui atac cibernetic

Figura 2.3.3: Avantajele și dezavantajele unei case inteligente

12
3. Raspberry Pi 3 Model B+

” Raspberry Pi 3 Model B+ ” reprezintă a șaptea generație și a apărut în 14 Martie 2018.
Primul model are numele de ” Raspberry Pi 1 A ” și a fost publicat în data de 24 Februarie
2013.

3.1. Definiție și utilizare

Raspberry Pi este un calculator de dimensiunile unui card de credit. Scopul lui este de a crea
un dispozitiv cu un cost foarte mic care să ajute la programarea și întelegerea hardware .

Este mai lent decât un calculator personal sau laptop, dar beneficiaza de un con sum redus de
energie și dispune de o caracteristică specială din cauza portului generic de intrare/iesire. El
poate sa conecteze diverse componente electronice specifice sistemelor încorporate: senzori,
butoane, ecran LCD și relee .

Sistemul de operare special optimizat pentru el este Raspbian, care face parte din categoria
generală Linux.

Figura 3 .1: Raspberry Pi 3 Model B+

13
3.2. Caracteristici tehnice
 Frecvența procesorului quad core este de 1.4 GHz pe 64 biți;
 RAM: 1GB;
 WiFi: 2.4GHz și 5 GHz;
 Bluetooth v .4.2;
 Ethernet Gigabit cu viteză maximă de 300Mbps;
 4 porturi USB v .2.0;
 Header GPIO cu 40 pini;
 Conector HDMI;
 Conector MIPI DSI;
 Conector MIPI CSI;
 Output audio stereo și video;
 Decodare H.264, MPEG -4 (1080p30);
 Encodare H.264 (1080p30);
 OpenGL ES 1.1, 2.0 graphics;
 Slot card microSD;
 Alimentare: 5V, 2.5A;
 Alimentare PoE;

Figura 3.2: Componentele hardware de pe Raspberry Pi 3 Model B+

14
4. Senzori
Tehnologia din ziua de azi avansează extrem de repede și am ajuns in si tuația în care nu
putem trăi fara ea. Necesitatea de costuri reduse, autonomie și consum de energie cât mai mic
pentru monitorizare, măsurare, procesare și comunicare se poate regăsi în dispozitivele cu
senzo ri.
4.1. Definitie și tipuri de senzori
„Senzorul este un dispozitiv sensibil care răspunde cu un semnal la variația unui parametru
din mediul fizic sau chimic. Parametrul variabil (intrarea) definește tipul senzorului: senzor
optic (lumină, UV, IR), senzor termic (căldură, temperatură), senzor de mișcare (accelerație,
viteză), senzor de debit (viteză, volum fluid), senzor de nivel (nivel, altitudine), senzor de
umiditate (capacitiv, rezistiv), senzor de presiune (forță), senzor de câmp (magnetic, elec tric,
radio), senzor de parametru electric (potențial, curent, rezistență), senzor de proximitate
(unde, ultrasunete, infraroșu, atingere), senzor de poziție (codificator, bariera optică), senzor
chimic (gaze, lichide), senzor de mediu (pH), senzor de comu tare (eveniment, on/off) sau
orice alt parametru din alte fenomene sau evenimente dintr -un mediu sau proces tehnologic.
Răspunsul (ieșirea) este un semnal ce este convertit în afișare (analogică sau numerică) pentru
a fi citit de operatorul uman la locul s enzorului sau transmis electronic (semnal analogic sau
digital) prin fire sau radio, pentru citire sau prelucrare ulterioară. ”
O explicație mai scurtă a senzorul este că reprezintă un dispozitiv care măsoară o mărime
fizică și o transformă într -un semnal c are poate fi citit de către un observator printr -un
instrument sau poate fi prelucrat.

Figura 4.1: Structura a unui sistem senzorial

4.2. Clasificări
În ziua de azi numărul senzorilor este de ordinul sutelor dacă luăm în considerare mărimile
fizice și substanțele chimice. Se poate pune în folosință aproximativ 2000 de tipuri distincte
de senzori, pe plan mondial.
Tehnologiile pentru clasificarea senzorilor sunt urmatoarele:

15
o Materiale sinterizate
o Materiale feromagnetice
o Materiale piezo -ceramice
o Staturi subțiri
o Staturi groase
o Microelectronici și microsisteme
o Folii etc.
Senzorii pot fi clasificați în funcție de tipul mărimii fizice de intrare:
o absoluți
o incrementali

Clasificarea în funcție de tipul mărimii de ieșire:
o senzori analogici
o senzori numerici ( digitali )

Figura 4.2: Clasificarea senzorilor de poziție/deplasare
Semnalul de ieșire poate să aibă două valori posibile, astfel creem alte clase distincte:
o senzori binari
o senzori cu un număr mare de valori
Senzorii se pot c lasifica și după domeniul în care sunt utilizați:
o Industrie ( Robotică )
o Automatizarea clădirilor și locuințelor
o Protecția mediului
o Transporturi

16
4.3. Senzorul de temperatură și umididate SHT 11

Figura 4.3.1: Senzorul SHT 11
SHT11 este un senzor de umiditate și temperatură complet calibrat. Integrează elemente de
senzor pentru umiditate și temperatură, împreună cu circuitele de procesare a semnalului într –
un pachet minuscul.
Are un convertor analog digital pe 14 biți pentru a converti datele analogice din elementele
senzorului în ieșiri digitale.
SHT11 are o interfață care permite unui microcontroler gazdă să citească datele digitale de
umiditate și temperatură. Oferă date de umiditate relativă cu o rezoluție de 12 biți și o precizie
de ± 3% RH (umiditate relativă). Domeniul de operare este de la 0 la 100% RH.
Datele de temperatură au o rezoluție de 14 biți și o precizie de ± 0,4 ° C. Domeniul de operare
este de la -40 până la 123,8 ° C.
SHT11 funcționează pe o sursă cuprinsă între 2,4 ș i 5,5 V.
Tabelul 4.3: Pinii și descrierea lor
Pin Nume Descriere
1 VCC Pinul de alimentare 2,4 -5,5
V
2 GND Pinul pentru sol
3 DAT date seriale, bidirecționale
4 SCK ceas serial, intrare

Figura 4.3.2: Pinii senzorului SHT 11

17

Figura: 4.3.3: Diagramă bloc petru SHT1x

4.4. Senzorul de mișcare cu infra roșu HC-SR501

Figura 4.4.1: Senzorul HC -SR501

Acest modul de senzor de mișcare folosește senzorul infra roșu pasiv LHI778 și IC BISS0001
pentru a controla modul de detectare a mișcării. Modulul are o sensibilitate reglabilă care
permite o gamă de detectare a mișcărilor de la 3 metri la 7 metri.Modulul include, de
asemenea, ajustări de întârziere de timp și selecție de declanșare care permit o reglare fină în
aplicația dvs. Pin-out-urile și comenzile pentru acest dispozitiv sunt prezentate în imaginea
de mai jos și descrise în tabelul următor.

18

Figura 4.4.2: Ajust ările senzorului HC -501

Tabelul 4.4: Pinii și funcția lor
Pin sau Control Funcție
Reglarea întârzierii de
timp Stabilește cât timp ieșirea rămâne ridicată după detectarea
mișcării …. Oriunde de la 5 secunde la 5 minute.
Reglare sensibilitate Setează domeniul de detecție …. de la 3 metri la 7 metri
Declanșatorul de selecție
a jumperului Setat pentru declanșatoarele simple sau repetabile.
Pinul de la sol Intrare la sol
Pinul de ieșire LOW când nu este detectată nicio mișcare .. HIGH când
detectarea mișcării. HIGH este de 3,3 V
Pinul de alimentare 5 – 20 VDC Intrare de alimentare

19
HC SR501 Descrierea funcțională PIR
SR501 va detecta modificări în infraroșu și, dacă este interpretat ca mișcare, își va seta
ieșirea la scăzut. Ceea ce este sau nu este interpretat ca mișcare depinde în mare măsură
de setările și ajustările utilizatorului.
Iniția lizare dispozitiv
Aparatul necesită aproape un minut pentru inițializare. În această perioadă, poate și de
multe ori va emite semnale false de detectare. Logica circuitului sau controlerului trebuie
să ia în considerare această perioadă de inițializare.
Zona de detecție a dispozitivului
Aparatul va detecta mișcarea în interiorul unui con de 110 grade cu o gamă de 3 până la 7
metri.

Figura 4.4.3: Raza de detec ție a senzorului HC -501

20
Ajustarea intervalului PIR (sensibilitate)
Așa cum am menționat, domeniul reglabil este de la aproximativ 3 până la 7 metri.
Ilustrația de mai jos arată această ajustare.

Figura 4.4.4: Ajustarea razei de ac ționare

Reglare întârziere în timp

Reglarea întârzierii de timp determină durata de ieșire a modulului senzorului PIR.
Rămâne pornit după detec ția mișcării . Intervalul este de la aproximativ 3 secunde la 5
minute. Ilustrația de mai jos arată această ajustare.

Figura 4.4.5 : Ajustarea amânării timpului de oprire

21
Selectare a modului de declanșare vă permite să alege ți între declanș atoarele simple și
repetabile.
SINGLE TRIGGER – Întârzierea timpului începe imediat când se detectează prima mișcare.
Timp de 3 secunde, ieșirea acestui dispozitiv va fi LOW (sau Off).
REPEATABLE TRIGGER – Fiecare mișcare detectată resetează timpul de 3 secunde și
ieșirea senzorului va fi HIGH (sau ON) . Astfel întârzierea timpului începe cu ultima mișcare
detectată.

Figura 4.4.6 : Selectarea modului de declanșare

4.5. Camera PI Noir (Infrarosu) versiunea 2 .1
Camera cu versiunea unu a fost lansată în anul 2013 iar camera cu versiunea doi a fost lansată
în anul 2016.
Este asemănătoare cu versiunea 1 dar diferenț a majoră între cele două este că permite o
filmare reușită și pe întuneric. Alte difer ențe sun t că numărul de Megapixeli a fost mărit de la
5 la 8 și rezoluția pentru poze a fost îmbunătățită , 3280 x 2464 pixeli față de 2492 x 1944
pixeli.

22
Dimensiunile dispozitivul sunt 25mm x 23mm x 9mm și cântărește doar 3 grame, foarte bun
pentru aplicații în care dimensiunile și greutatea contează. Această cameră este ideală pentru
supravegherea unei încăperi, atât pe timp de zi cât și pe noapte.

4.5.1 : Camera Pi Noir v.2 .1

23
5. Smartphone

Un smartphone este un telefon mobil care are func ționalitățile asemănătoare unui calculator și
a monopolizat piața reprezentată de restul telefoanelor mobile. Doar în România studiul a
arătat că în anul 2017 numărul de smartphone -uri a fost estimat la 4,4 milioane de unități , iar
la nivel global la mijlocul anul 2019 sunt peste 4.2 miliarde de dispozitive active .

5.1. Istoric

În anul 1992, compania americană IBM a lansat primul smartphone. Pe lângă funcționalitatea
de telefon mobil, dispunea și de:

 aplicație calendar
 agendă telefonică
 calculator
 editor de notițe
 e-mail
 fax
 jocuri

Figura 5.1 .1: Smartphone Simon

În anul 2007, compania Apple a lansat prima generație de telefoane mobile cu sistemul de
operare IOS , denumită IPhone.

Figura 5. 1.2: IPhone prima generație

În anul 2008 a apărut primul smartphone cu sistemul de operare Android. De atunci până în
ziua de azi cele două sisteme de operare domină piața.

24
5.2. Hardware

Smartphone -urile evoluează foarte repede datorită succesului pe care îl are. În momentul de
față există mai multe telefoane mobile decât oameni. Succesul enorm este datorită prețului
flexibil pentru orice tip de buget. Ele au următoarele componente indifer ent de model :

 Display ( LCD sau LED )
 Acumulator
 Procesor
 Memorie
 Stocare
 Modem
 Cameră foto
 Senzori
 Software ( sistem de operare )

Figura 5.2: Componente hardware smartphone

25
6. Tehnologia Wi -fi și protocolul de rețea SSH

Rețeaua Wi -Fi reprezintă o tehnologie de trasmisie prin unde radio care permite apariția mai
multor rețele locale fără fir. Rețelele wi -fi pe frecventa de 2.4 GHz au o arie de funcționare de
la 20 la 50 de metri în interior și de 100 de metri în exterior. Cele pe frecve nță de 5 GHz oferă
o viteză mai mare în trasmiterea datelor dar aria lor de funcționare este mai mică, mai ales îm
spațiile interioare când trebuie să străpunga zidurile pereților.

Figura 6: Reprezentarea unei re țele wireless

6.1. Istoric

În anul 1971 este creat un sistem de rețea numit ALOHnet, care duce la apariția dezvoltării
comunicării wireless și rețelelor Wi -Fi. În anul 1997 apare prima versiune a standardului
802.11, cu viteze de până la 2 Mbps, iar în anul 1999 apare primul standard cu num ele de
“Wi-Fi”.

6.2. Avantajele rețelelor wireless la o casă

a) Mobilitatea reprezintă cel mai mare avantaj pe care rețelele wireless îl pot oferi.
Posibilitatea de a putea să te deplasezi dintr -o încăpere în alta fară să fii de conectat de la
internet.

b) Costul redus în comparație cu rețeaua cablată, fiindcă nu necesită conectarea la cabluri și
alte accesorii. Un plus adițional este timpul redus pentru instalarea conexiunilor din toată
clădirea.

c) Extinderea ariei de funcționare este mult mai ușoară de realizat în comparație cu adăugarea
de cabluri noi și redirecționarea celor existente.

26
6.3. Dezavantajele rețelelor wireless la o casă

a) Securitatea este problema majoră. Rețelele wireless implică riscul de modificare și citirea
datelor. Pentru acest lucru există tehnici de criptare și mecanisme de autentificare.

Figura 6.3 : Securitatea re țelelor wireless

b) Fiabilitatea reprezintă altă problemă. Deoar ece rețelele wireless sunt bazate pe unde radio,
semnalul o să fie afectat de interferențe și supus anumitor efecte de propagare.

c) Viteză rețelei este mai redusă. În momentul de față viteza maximă a rețelelor 802.11n este
de 600Mbps.

6.4 Router și rolul lui

Un router este un dispozitiv care conectează mai mult e rețele de calculatoare bazate pe
comutarea de pachete. De asemenea, el reprezintă prima linie de securitate de la intrarea într-o
rețea.

Figura 6.4.1: Router

27
Rolul lui este să primească un pachet pe o interfață și să -l trimită mai departe pe o altă
interfață. În felul acesta este creat internetul. Majoritatea caselor sunt conectate la internet cu
ajutorul acestui dispozitiv datorita ușurinței instalării și prețul accesibil.

Figura 6.4.2: Un exemplu de două rețele

6.5 Protocolul de rețea SSH

Secure Socket Shell reprezint ă un protocol de rețea care oferă administratorilor de sistem, o
variantă sigură de a folosi computerul printr -o rețea securizată. SSH dispune de o autentificare
a parolei și a cheii publice, precum și comunicațiile de date criptate între două dispozitive care
se conectează la o rețea deschisă. Criptatea este foarte puternică și ca urmare este folosit la
scară largă de administratorii de retea pentru gestionarea sistemelor și aplicațiilor de la
distanță. A fost creat se dorea înlocuirea programelor de emulare s au autentificare a
terminalelor nesigure, Telnet și rlogin ( conectare la distanță ). El înlocuiește și programele de
transfer de fișiere, cum ar fi Protocolul de transfer de fișiere ( FTP ). Tot traficul este criptat,
indiferent dacă este vorba de transfe rul unui fișier, navigarea pe web sau executarea unei
comenzi, totul este privat.

Figura 6.5: conexiune SSH

6.5.1 Implement ări SSH

SSH a fost implementat pentru majoritatea platformelor de calcul. OpenSSH este cel mai des
întâlnit pe Linux,Unix și Apple. Din 2018 a fost implementat și pe Windows 10. PuTTY este

28
o altă implementare open source a SSH. Inițial a fost scris pentru a rula d oar pe Windows dar
ulterior a devenit disponibil si pe MacOS și Unix. În ziua de azi, există multe implementari
SSH disponibile pentru diverse platforme și sub o mulțime de licențe de tip open source.

29
7. Studiu de caz: Monitorizarea de la distanță a unei case cu grad ridicat de
inteligență folosind smartphone -ul

În acestă licență s-au efectuat trei experimente, iar piesele lor comune sunt: Raspberry Pi 3
Model B+, Smartphone Samsung Galaxy A50, monitor, tastatură și mouse .

7.1. Instalarea sistemului de operare Raspbian

Prima etapă indiferent de experimentul ales este în instalarea sistemului de operare pe
Raspberry Pi 3 Model B+. El reprezintă unitatea centrală pentru orice tip de senzor. Pașii
pentru instalarea lui sunt urmatorii:

 Copierea sistemului de operare ( OS: Raspbian ) pe un card micro SD. Link -ul de pe
site-ul oficial de la Raspberry este: https://www.raspberrypi.org/downloads/

Figura 7.1.1: Kitul de instalare pentru OS

 Introducerea cardului microSD în Raspberry .

Figura 7 .1.2: Reprezentare visuală pentru introducerea cardului în Raspberry

30
 Conectarea monitorului cu un cablu HDMI -HDMI tată -tată, tastatura și mouse -ul cu un cablu
USB .

Figura 7 .1.3: Reprezentare visual ă pentru conectarea etapei de mai sus

 Raspberry Pi nu dispune de un întrerupator , iar în clipa în care calculatorul are curent datorită
alimentatorului acesta începe să pornească.
 Dupa instalarea sistemul de operare de pe cardul microSD, dispozitivul este pregătit pentru
utilizare.

7.2. Studiu de caz: Monitorizarea de la distanță cu senzorul SHT11

După parcurgerea subcapitolului 7 .1. putem începe programarea senzorului și utlizarea
telefonului mobil pentru realizarea monitorizării de la distanță.

7.2.1. Conexiune hardware dintre Raspberry și Senzorul SHT11

În primul experiment ne -am folosit de: Raspberry, senzorul SHT11, patru fire de conexiune
mamă -mamă.

7.2.2. Conexiunea software dintre Raspberry și Senzorul SHT11

Deschidem linia de comandă din Raspberry și descărcam librăria :

1. sudo wget https://pypi.python.org/packages/source/R/RPi.GPIO/RPi.GPIO –
0.4.1a.tar.gz

31

Figura 7.2.2 .1: Descărcarea librăriei

2. Dupa ce l-ai descarcat, acum il dezarhivezi prin comanda:

sudo tar –xvf R pi.GPIO -0.4.1a.tar.gz

Figura 7.2.2 .2: Dezarhivarea libr ăriei

3. Schimbă directorul curent :

cd RPi.GPIO -0.4.1a

4. Instalează modulul :

sudo python setup.py install

Figura 7.2.2 .3: Instalarea modulului

32
5. Descarci datele pentru sezor :

cd ..

sudo wget https://pypi.python.org/packages/source/r/rpiSht1x/rpiSht1x -1.2.tar.gz

Figura 7.2.2 .4: Desc ărcarea datelor pentru senzor

6. Dezarhivează noul pachet :

sudo tar -xvf rpiSht1x -1.2.tar.gz

7. Schimb ă directorul curent :

cd rpiSht1x -1.2

8. Instaleaz ă pachetul :

sudo python setup.py install

Codul sursa integral creat în programul Python :

from sht1x.Sht1x import Sht1x as SHT1x
datPin = 13
sckPin = 7
sht1x = SHT1x(datPin, sck Pin, SHT1x.GPIO_BOARD)
temperature = sht1x.read_temperature_C()
humidity = sht1x.read_humidity()
print(" Temperature : {} Humidity : {}".format( temperature , humidity ))

9. Execută codul din linia de comandă :
sudo python senzorSHT11.py

7.2.3. Conexiunea dintre Raspberry si Sm artphone utlizand reteaua Wi -fi
1. Avem nevoie să instalăm 2 aplicații din „Play Store” pe telefonul mobil, “Mobile SSH” și
“VNC Viewer”.
2. După aceea avem nevoie să aflăm adresa de IP de la Raspberry pentru a putea crea
conexiunea. Deschidem consola din Raspberry și scriem comanda ipconfig.

33
3. Notăm adresa respectivă, dupa care deschidem aplicația “Mobile SSH ” și introducem
adresa IP în SSH Settings, în cazul nostru este 192.168.0.100

Figura 7.2.3 .1: Set ări SSH
4. După care ne conectăm la adresa respectivă cu username -ul “pi” și parola “ raspberry ”.
Acestea sunt set ările default.

Figura 7.2.3 .2: Autentificarea cu Mobile SSH
5. Actualizăm datele cu comanda :
sudo apt-get update
6. Instal ăm softul tightvncserver:
sudo apt -get install tightvncserver

34
7. Accesăm softul:
tightvncserver
8. Introducem o parolă :
12345678
9. Acces ăm din nou softul și ne este returnat o cifră pe care o folosim la pasul următor ( în
cazul no stru este 2 ) :
tightvncserver
10. Punem aplicația în fundal și deschidem “VNC Viewer” și introducem adresa IP împreună
cu “:2”, dupa care punem un nume și ne conectăm la Raspberry.

Figura 7.2.3 .3: Conexiunea cu VNC Viewer

11. Ultimul pas este să introducem parola creată la etapa 8:
12345678

În momentul acesta avem control total asupra dispozitivului Raspberry utilizând telefonul
mobil. Putem urmării in timp real datele pe care senzorul le citește. Introducem comanda
sudo python cod.py și putem observa temperatura și umiditatea din camera respectivă.

Figura 7.2. 3.4: Temperatura și umiditatea din încăpere

35
7.3. Studiu de caz: Monitorizarea de la distanță cu senzorul HC-SR501

Senzorul acesta are rolul de a detecta mi șcarea cu ajutorul undelor infra rosii iar programarea
lui se poate realiza imediat după parcurgerea subcapitolelor 7.1 și 7.2.2 .

7.3.1 Conexiunea hardware dintre Raspberry și Senzorul HC-SR501

Pentru acest experiment am folosit: raspberry, senzorul HC-SR501 , o rezisten ță, un led, un
breadboard, fire de conexiune: mam ă-mamă, mamă -tată și tată -tată.

Figura 7.3.1: Conexiunea firelor între raspberry și senzorul HC -SR501

După realizarea conexiunii fizice între dispozitive, putem trece la partea de programare.

7.3.2 . Conexiunea software dintre Raspberry și Senzorul HC-SR501
Pentru acest experiment ne vom folosi de programul Python.

Codul sursa integral :

from gpiozero import LED
from gpiozero import MotionSensor

green_led = LED(17)
pir = MotionSensor(4)
green_led.off()

36
while True :
pir.wait_for_motion()
print(“Motion Detected”)
green_led.on()
pir.wait_for_no_motion()
green_led.off()
print(“Motion Stopped ”)

După rularea codului de mai sus obținem aceste date de la senzor în urma de schiderii și
închiderea ușii de la intrare.

Figura 7.3.2.1 : Rezultatul executarii programului pentru HC -SR501
În momentul în care senzorul HC -SR501 detectează mișcare, atunci LED -ul se aprinde pentru
a avea o confirmare vizuală pe lângă cea din program.

Figura 7.3.2.2: Aprinderea led -ului după executarea programului pentru HC -SR501

37
7.4. Studiu de caz: Monitorizarea de la distanță cu Camera Pi Noir v.2.1 și cu
ajutorul senzorul HC-SR501
Scopul acestui experiment este supravegherea casei la un cost redus , iar în cazul unui intrus,
acesta sa fie pozat și filmat . Programarea acestei secvențe se poate realiza imediat după
parcurgerea subcapitolelor 7.1 și 7.2.2 .

7.4.1 Conexiunea hardware

Piesele pentru acest experiment sunt: raspberry, senzorul HC – SR501, camera Pi Noir și 3 fire
de conexiune mamă -mamă.
7.4.2. Conexiunea software
Utilizăm Python pentru realizarea programării camerei si senzorului. Codul sursa integral :

Figura 7.4.2.1 : Codul sursa pentru Camer ă si Senzor
În momentul acesta, totul este pregătit. Dacă o persoană trece prin raza de acțiune a
dispozitivului, camera începe să filmeze timp de 5 secunde. Fișerele sunt salvate cu da ta
exactă a intrusului.

38

Figura 7.4.2.2: Înregistrarea video

În același timp, este capturată și o poză.

Figura 7.4.2.3 : Captur ă foto

39
7.5. Rezultate le obținute în urma experimentelor
Realizarea unui sistem cu grad ridicat de inteligență este posibil fără a investi un capital mare
de bani. Am demonstat că putem folosi dispozitive care deja se gasesc la majoritatea caselor
și în felul acesta putem obține rezultatele dorite în funcție de nevoile fiecărei persoane . Acest
tip de sistem permite o flexibilitate ridicată pentru majoritatea cerințelor din partea
consum atorilor și realizare a lui este accesibilă, fără a necesita mult timp în conectarea
dispositivelor la sistem.

40
8. Concluzii
Scopul acestei lucrări este să studieze funcționalitatea și fiabilitatea unui sistem cu senzori
conectați într -o clădire cu grad ridicat de inteligență.
Avantajele folosirii unui sistem bazat pe o rețea wireless se poate observa în ușurința cu care
se efectuează măsurători. Eficiența se datorează și consumului redus de energie, datele fiind
transmise în timp real și monitorizarea se nzorilor este facilă.

41
Bibliografie

Nikolay V . Kirianaki, Data Acquisition and Signal Pr ocessing for Smart Sensors 2002.
Ioan Dumitrache, Automatica, volumul 2.
Ian Sinclair, Sensors and Transducers, editura a 3 -a.
https://www.dozait.ro/casa -inteligenta -ce-este-si-ce-avantaje -ofera/
https://ro.wikipedia.org/wiki/Raspberry_Pi
https://www.robofun.ro/
https://www.electronica -azi.ro/2017/05/03/senzor -smart -vs-senzor -inteligent/
https://hosterion.ro/enciclopedie/gazduire/ssh
https://www.automatizari -instalatii.ro/automatizari/casa -inteligenta -197/concept -general -casa-
inteligenta -198
https://www.lsp.de/en/good2know/pros -and-cons-smart -living
https://shopniac.ro/case -inteligente -1616/
https://tettu.ro/casa -inteligenta -cum-te-ajuta -electronicele -smart -sa-iti-simplifici -viata/
https://www.lighting.philips.ro/educatie/viitorul -iluminatului/hue/casa -inteligenta -sistemele –
de-automatizare -a-locuintei