UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Primož Glavica IZDELAVA LASTNEGA NADZORNEGA MODULA ZA SISTEM PAMETNE INŠ

Transkripcija

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Primož Glavica IZDELAVA LASTNEGA NADZORNEGA MODULA ZA SISTEM PAMETNE INŠTALACIJE S PROTOKOLOM KNX Diplomsko delo Maribor, avgust 2017

2 IZDELAVA LASTNEGA NADZORNEGA MODULA ZA SISTEM PAMETNE INŠTALACIJE S PROTOKOLOM KNX Diplomsko delo Študent: Študijski program: Smer: Mentor: Primož Glavica visokošolski strokovni Elektrotehnika Avtomatika in robotika doc. dr. Andrej Sarjaš

3 Izdelava lastnega nadzornega modula za sistem pametne inštalacije s protokolom KNX Ključne besede: KNX, pametna inštalacija, nadzorni modul UDK: : (043.2) Povzetek V delu bom predstavil izvedbo nastavljanja pametne inštalacije KNX z napravami, ki spadajo v standard KNX. Standard nam omogoča povezovanje različnih naprav, skladnih s tem standardom, v eno skupno omrežje, ki omogoča preprosto in udobno upravljanje z različnimi sistemi. Vse sisteme lahko krmilimo s pomočjo tipk, upravljalnih modulov ali oddaljenih upravljalnih vmesnikov. Ker je standard odprtokoden, so vsi programski gradniki omrežja prosto dostopni, zato lahko sami izdelujemo cenejše vmesnike, kar je bil tudi moj cilj. Izdelal sem konfiguracijo omrežja KNX in kasneje svoj preprost upravljalni modul z uporabniškim vmesnikom za krmiljenje razsvetljave v stavbi. I

4 The Design of Supervisory Unit for a KNX Protocol Supported Smart Electrical Installation Systems Key words: KNX, smart house, supervisory module UDK: : (043.2) Abstract In my diploma paper, I will present the design of KNX smart installation by devices, compatible with KNX standard. This standard enables a connection of various KNX devices to interwork with each other in one common network which enables easy and comfortable system operation in a building. All systems can be monitored and operated by buttons, command modules or remote command interfaces. Because of the standard being an open source, all the program functions can be used free of charge; this enables a cheaper interface production which was also my goal. I made the design of the KNX network and later developed my own simple interface for light operation in a building. II

5 III

6 KAZALO 1 UVOD KOMUNIKACIJSKI PROTOKOL KNX IN NAPRAVE Zgodovina Gradniki Način komunikacije med gradniki IZDELAVA PAMETNE INŠTALACIJE Gradniki sistema KNX Vmesnik KNX-TCP/IP Programsko okolje ETS Izdelava programa in nastavitev parametrov naprav s programskim okoljem ETS Diagnostične funkcije programskega okolja ETS Upravljalni modul s platformo Windows Uporaba razvijalnega programskega orodja Visual Studio in programskega jezika C# Kreiranje nove aplikacije upravljalnega modula Izbira in definiranje»dll«datotek Izdelava grafičnega vmesnika in izdelava programa Testiranje upravljalnega modula ZAKLJUČEK VIRI IV

7 KAZALO SLIK SLIKA 2.1 LOGOTIP STANDARDA KNX [1]... 3 SLIKA 2.2 KABEL KNX, MEDIJ ZA PRENOS PODATKOV [2]... 4 SLIKA 2.3 NAPAJALNA ENOTA [6]... 5 SLIKA 2.4 LINIJSKI OZ. PODROČNI SKLOPNIK[6]... 5 SLIKA 2.5 TOPOLOGIJE OMREŽJA KNX Z LINIJSKIMI OZ. PODROČNIMI SKLOPNIKI[3]... 6 SLIKA 2.6 STIKALNA NAPRAVA KNX [6]... 7 SLIKA 2.7 TIPKA KOT VMESNIK MED NAPRAVO IN UPORABNIKOM [6]... 7 SLIKA 2.8 RAZLIČNE TOPOLOGIJE POVEZAV MED NAPRAVAMI [7]... 9 SLIKA 2.9 SESTAVA PODATKOVNEGA TELEGRAMA [5] SLIKA 2.10 PRIKAZ OSCILACIJ NA OMREŽJU GLEDE NA PODATEK, KI SE PRENAŠA PO OMREŽJU [5] SLIKA 2.11 SLIKA PRENOSA SIGNALA Z INDUCIRANO MOTNJO, KI SE IZNIČI [5] SLIKA 3.1 STIKALNA NAPRAVA OZ. AKTUATOR JUNG SLIKA 3.2 TIPKA S ŠTIRIMI STIKALNIMI FUNKCIJAMI SLIKA 3.3 POVEZOVALNI MODUL NA OMREŽJE KNX SLIKA 3.4 VMESNIK MED OMREŽJEMA KNX IN TCP/IP SLIKA 3.5 PRIVZET POGLED PROGRAMSKEGA OKOLJA ETS SLIKA 3.6 POVEZAN VMESNIK KNX- TCP/IP V OMREŽJE KNX IN IP TER STATUSNE SVETILKE, KI POTRJUJEJO, DA VMESNIK DELUJE PRAVILNO SLIKA 3.7 VIDNA KONFIGURACIJA VMESNIKA KNX-TCP/IP V PROGRAMSKEM OKOLJU ETS SLIKA 3.8 POSTAVITEV NAPRAV V ŽELJENA OBMOČJA V PROJEKTU ETS SLIKA 3.9 PREGLED NAD NAPRAVAMI IN NJIHOVIMI LASTNOSTMI V OBMOČJU PRITLIČJE SLIKA 3.10 NASTAVITEV PARAMETROV NA STIKALNI NAPRAVI NA IZHODU SLIKA 3.11: DODELJEN SKUPINSKI NASLOV NA PRVI IZHOD STIKALNE NAPRAVE SLIKA 3.12 PRIKAZ PARAMETROV POSAMEZNE TIPKE, NA PRIMERU SO RAZVIDNI PARAMETRI TIPKE SLIKA 3.13 POVEZAVE FUNKCIJ S DOLOČENIM SKUPINSKIM NASLOVOM SLIKA 3.14 SPREMLJANJE TELEGRAMOV NA SKUPINSKEM NASLOVU "0/0/2" SLIKA 3.15 NASTAVLJENE LASTNOSTI APLIKACIJE SLIKA 3.16 SINTAKSA FUNKCIJE WRITEVALUE SLIKA 3.17 IZBIRA POTREBNIH REFERENC ALI DATOTEK.DLL SLIKA 3.18 IZBIRA NAJRAZLIČNEJŠIH KONTROL ZA GRAFIČNE VMESNIKE SLIKA 3.19 TLORIS STAVBE S KONTROLNIMI GUMBI SLIKA 3.20 KLIC FUNKCIJE GUMBA SLIKA 3.21 LASTNOSTI DVEH GUMBOV TER PRAVOKOTNIKA ZA PRIKAZ STANJA SLIKA 3.22 FUNKCIJA TIPKE ZA VKLOP LUČI NA NASLOVU "0/0/2" SLIKA 3.23 GRAFIČNI VMESNIK UPRAVLJALNEGA MODULA SLIKA 3.24 VMESNIK ZA VPIS PARAMETROV VMESNIKA KNX/IP V

8 SLIKA 3.25 RAZLIKA MED TELEGRAMI POSLANIMI IZ TIPKE ALI PREKO VMESNIKA KNX-IP Z UPRAVLJANIM MODULOM Seznam uporabljenih kratic ETS angleško Engineering Tool Software EIB - angleško European Installation Bus EHS - angleško European Home Systems Protocol OSI - angleško Open Systems Interconnection model DC angleško Direct Current AC angleško Alternating Current IP angleško Internet Protocol TCP angleško Transmission Control Protocol DVC angleško Device NO angleško Normally opened DLL - angleško Dynamic-link library WAN angleško Wide Area Network LAN angleško Local Area Network LED angleško Light Emitting Diode XAML angleško Extensible Application Markup Language VI

9 1 UVOD Zadnjih nekaj let je mogoče zaznati porast izdelave in implementacije pametnih inštalacij v nove in obstoječe objekte. Na trgu je veliko možnosti različnih cenovnih razredov, ki so namenjene različno velikim sistemom. Med najbolj razširjenimi je sistem izdelave pametnih inštalacij z napravami, ki sodijo med naprave KNX oz. so združene z enotnim tako imenovanim standardom KNX. Standard definira komunikacijo med napravami različnih tipov in proizvajalcev z različnimi funkcijami, da jih lahko združimo skupaj v en robusten sistem brez dodatnih vmesnikov med sistemi. Pri celotnem sistemu veliko vlogo igra tudi grafični uporabniški vmesnik, ki uporabniku omogoča upravljanje in nadziranje naprav znotraj sistema. Namen je, da v stavbi, bodisi v stanovanjski ali kakršnem koli drugem objektu, poskušamo dvigniti raven udobja, torej čim bolj avtomatizirati in olajšati čim več osnovnih funkcij, poleg tega pa poskrbeti tudi za večjo učinkovitost in posledično zmanjšanje vseh stroškov, kot so električna energija, kurjava ipd. Električno energijo lahko prihranimo predvsem z reguliranjem spusta primerne količine dnevne svetlobe v prostore čez dan ali npr. s fino regulacijo klimatskih in ogrevalnih naprav. 1

10 2 KOMUNIKACIJSKI PROTOKOL KNX IN NAPRAVE KNX je standard za krmiljenje in upravljanje naprav v stavbah. Definiran je s standardom EN oz. ISO/IEC in omogoča poenoteno prenašanje kontrolnih informacij do vseh naprav, ki omogočajo upravljanje z zgradbo. Natančneje, omogoča izgradnjo večjega sistema za upravljanje s stavbo, ne da bi bili omejeni na izbiro rešitev enega samega proizvajalca ali da bi se pri določeni aplikaciji morali odločati za drug način prenosa informacij med napravami. Standard je v uporabi več let in se je razvil iz predhodnih vodil, kot so EIB, EHS in BatiBus, ki so delovala na podoben način serijskega prenosa informacij po vodilu, vendar niso bila tako fleksibilna [1]. Protokol KNX je v zadnjih letih omogočil oz. razširil svoj komunikacijski protokol tudi na brezžične povezave (KNX-RF), žične povezave IP (KNXnet/IP), kar omogoča še večjo fleksibilnost sistemov za upravljanje s stavbami. Čeprav je način fizične povezave med napravami drugačen, je v ozadju še vedno isti način prenosa informacij. V konzorcij KNX je vključena večina večjih proizvajalcev električne stikalne in elektronske opreme, kot so Schneider Electric, Jung, Gira, itd.. To nam omogoča tudi večjo izbiro naprav, več cenovnih možnosti ter veliko več možnosti pri izbiri oz. prilagajanju različnih oblikovanj notranjosti in zunanjosti stavb, kar je v zadnjem obdobju zelo pomembno. Funkcionalnost, ki nam jo daje standard KNX in naprave, zajete pod ta standard, omogočajo najrazličnejše obsege sistemov in aplikacije naprav za avtomatizacijo stavb. Sistem KNX lahko uporabimo za: - krmiljenje in nadzor sistemov za gretje in hlajenje - upravljanje in krmiljenje razsvetljave znotraj in zunaj stavb ter objektov - krmiljenje žaluzij in rolet - izdelavo nadzornih sistemov - optimiziranje porabe energije - merjenje različnih količin - upravljanje z napravami za avdio in video tehnologijo - daljinsko upravljanje s celotno stavbo oz. celotnim sistemom 2

11 Logotip, ki predstavlja standard KNX in KNX Asociacijo [slika 2.1]: Slika 2.1 Logotip standarda KNX [1] 2.1 Zgodovina Razvoj sistema so sprožile potrebe trga po optimalnih rešitvah za nadzor ter krmiljenje različnih gradnikov znotraj stanovanjskih in poslovnih zgradb. V 20. stoletju so se z uvedbo prvih elektronsko avtomatiziranih postopkov v industriji začela povpraševanja po avtomatiziranju določenih segmentov krmiljenj v stanovanjskih stavbah ipd.. Prvi elektronsko vodeni in krmiljeni postopki so bile avtomatizirane peči za gretje, razno prižiganje luči ob določenem času ali določeni svetlobi. Vendar vsi ti sistemi niso bili združeni v eno samo celoto in niso omogočali medsebojne komunikacije, da bi celoten sistem deloval kot en sam. Prav tako niso omogočali enostavnejšega vodenja iz določene centralne točke brez neštetih povezav do perifernih enot. Kasneje, ob koncu 20. stoletja so se začele razvijati in uporabljati zelo podobne aplikacije, kot je KNX, vendar so bile vse komunikacije med napravami počasnejše, sistemi niso bili dovolj robustni in, najpomembnejše, sami komunikacijski protokoli med napravami različnih proizvajalcev niso bili združljivi, kar je onemogočalo oz. otežilo implementacijo naprav različnih proizvajalcev v en homogen sistem. V teh letih razvoja je bil izdan standard za komunikacijo med napravami, ki se je imenoval EIB, na podlagi katerega je bil kasneje osnovan tudi standard KNX, čigar jedro predstavlja ravno EIB, vendar so standardu KNX dodali še določene dodatne funkcije, kot so možnost brezžične komunikacije med napravami in komunikacija preko protokola IP. 3

12 2.2 Gradniki Gradniki, ki so skladni s standardom KNX, so vse naprave in stvari, za katere je Društvo KNX potrdilo, da so združljive s standardom KNX. Društvo skrbi za združljivost naprav in je odgovorno za posodabljanje samega standarda, da je prilagojen vedno spreminjajočimi se zahtevam trga. Osnovni gradniki omrežja KNX so: - Povezovalni elementi oz. kabli, ki predstavljajo medij za prenos podatkov in pretok informacij od naprave do naprave v omrežju KNX. Najpogosteje uporabljeni so kabli s štirimi vodniki, pri katerih sta dva po dva vodnika med seboj prepletena, s čimer dobimo»parico«. V kablu sta torej po dve»parici«, in sicer je ena namenjena prenosu podatkov, druga pa za dodatno napajalno napetost DC 30 V, če je ta potrebna na kateri od naprav [slika 2.2]. Rdeča žica predstavlja pozitivno napetost vodila, črna je negativna napetost vodila, rumena je plus dodatnega napajanja, bela pa minus dodatnega napajanja. Slika 2.2 kabel KNX, medij za prenos podatkov [2] - Napajalne enote [slika 2.3] predstavljajo ključni del omrežja KNX, saj oskrbujejo celotno omrežje z napajalno napetostjo DC 30 V in hkrati skrbijo za nemoten prenos podatkov. Navadno naprave v omrežju delujejo na napetosti 24 V DC, vendar imajo toleranco med 21 in 30 V, zato je običajno na izhodu napajalnika napetost 30 V, kar je potrebno zaradi pokrivanja izgub, ki so posledica padcev napetosti v vodnikih do naprav. Nazivni izhodni tokovi napajalnikov so od 100 ma do 640 ma, kar omogoča različne konfiguracije in prilagajanje števila naprav na posamezni liniji. Navadno je montaža izvedena v razdelilne omare poleg vseh varovalnih elementov inštalacije. 4

13 Slika 2.3 Napajalna enota [6] - Linijski [slika 2.4] oz. področni sklopnik predstavlja pomemben člen v omrežju KNX, saj lahko določene linije oz. veje deli na posamezne podveje oz. podomrežja, kar omogoča razširjanje samega omrežja. V eni t.i. liniji je navadno največ 64 naprav, linijo pa lahko nadgradimo in v njej povečamo število naprav tako, da dodamo linijski sklopnik in v drugo omrežje dodamo še dodatnih 64 naprav. Največkrat se sklopnika uporabljata za gradnjo omrežja s topologijo»backbone«, kjer imamo eno»hrbtenično«komunikacijsko linijo, ki omogoča prenos podatkov od omrežja do omrežja, kot vmesnik med»hrbtenično«linijo in podomrežjem pa služi linijski oz. področni sklopnik. To nam omogoča, da lahko v samo omrežje na koncu povežemo skupno naprav [slika 2.5]. Slika 2.4 Linijski oz. področni sklopnik[6] 5

14 Slika 2.5 Topologije omrežja KNX z linijskimi oz. področnimi sklopniki[3] - Stikalne naprave [slika 2.6] so prav tako sestavni del omrežja KNX in celotnega sistema, saj se uporabljajo v večini aplikacij. Običajno omogočajo več vrst stikalnih funkcij, odvisno od same stikalne naprave, proizvajalca in posledično tudi cene. Več kot je funkcij, dražje so naprave. Največkrat so v eno stikalno napravo združene funkcije navadnih stikalnih operacij ter možnost krmiljenja žaluzij ali rolet. Torej, če gre za stikalno napravo s šestnajstimi enojnimi izhodnimi stikali, je lahko le-ta uporabljena za krmiljenje osmih žaluzij ali rolet. Na trgu so na voljo tudi manjše izvedbe in izvedbe namenjene za kasnejše adaptacije v stavbe brez osnove za pametne inštalacije, pri čemer se stikalne naprave montirajo v obstoječe razdelilne doze v stenah ali obstoječe razdelilne omarice. 6

15 Slika 2.6 Stikalna naprava KNX [6] - Tipke in vmesniki med napravo in človekom so še en osnovni sestavni del omrežja KNX in predstavljajo enega od možnih vmesnikov za krmiljenje in izbiranje funkcij sistema, ki jih lahko glede na podane funkcije in določeno funkcionalnost tipk izbira uporabnik. Največkrat so te tipke in vmesniki vgrajeni na podobna ali ista mesta kot konvencionalna stikala za električne inštalacije. To omogoča podobnost med sistemi in še vedno preprosto upravljanje z določenimi napravami [slika 2.7]. Slika 2.7 Tipka kot vmesnik med napravo in uporabnikom [6] 7

16 Naslednjo vrsto vmesnikov zadnje čase predstavljajo večji zasloni na dotik, ki omogočajo lažje izbiranje funkcij sistema in lažje upravljanje s sistemom. Največkrat se zaslon na dotik montira v prostore, kjer je predvideno, da bo najlažje upravljati s sistemi zgradbe in je to najbolj potrebno. 2.3 Način komunikacije med gradniki Naprave so med seboj povezane s»paričnim«vodilom, po katerem se serijsko prenašajo informacije. Standard KNX je osnovan na osnovi modela OSI, ki za komunikacijo med napravami uporablja 7-plastni model. Vsaka naprava, skladna s standardom KNX, ima v sebi kontrolno enoto, katere osnova je t.i. komunikacijski»stack«knx oz. knjižnica, ki je poenotena za vse naprave, ki so del komunikacijskega standarda KNX. Knjižnica omogoča pošiljanje takšnih informacij, ki jih bodo druge naprave»razumele«, in sprejemanje informacij drugih naprav. Fizična povezava, ki predstavlja prvo plast modela OSI (fizična plast), je navadno namenski kabel z dvema paroma vodnikov, ki je prav tako del standarda. Same povezave med napravami preko žic so lahko kakršnekoli topologije [slika 2.8], saj je sistem narejen tako, da vsak telegram z informacijami prejme vsaka naprava, vendar ga upošteva samo tista skupina naprav ali posamezna naprava, kateri je telegram namenjen. Takšno vrsto topologije imenujemo topologija»free-tree«, ki omogoča izjemno preprosto povezovanje naprav. 8

17 Slika 2.8 Različne topologije povezav med napravami [7] Podatki, ki se pošiljajo po omrežju KNX, se imenujejo telegrami. Ti telegrami imajo s strani standarda določeno vsebino, da jih naprave oz. odjemalci, ki so povezani v omrežje, znajo razbrati. Sam telegram je sestavljen iz štirih delov [slika 2.9]: - Kontrolni del, ki definira prioriteto telegrama in potrjuje, ali je telegram bil ponovljen, v slučaju, če se naslovna naprava ne bi odzvala. Telegrami so lahko razdeljeni na tri ravni prioritete, zato naprava, ali skupina naprav, ki prejme dva telegrama z dvema različnima prioritetama, upošteva tisti ukaz oz. telegram, ki ima višjo prioriteto. Prav tako se skozi linijske oz. področne sklopnike in ostale vmesnike omrežja prej posredujejo paketi z višjo prioriteto. Prva raven prioritete ima najvišjo prioriteto, medtem ko ima tretja raven najmanjšo prioriteto. - Naslovno polje telegrama podaja posamezen naslov naprave, ki pošilja tako naslov naprave kakor tudi vrsto naprave prejemnika. - Naslednji del predstavlja podatkovno polje, v katerem so zajeti podatki vse od 1 B do 16 B. Količina poslanih podatkov od naprave do naprave je odvisna od aplikacije, 9

18 zahtev in zmožnosti naprave. Za izvajanje navadnih stikalnih operacij za vklop in izklop potrebujemo le podatek velikosti 1 b, kar pomeni, da je več kot dovolj že 1 B. - Zadnji del telegrama pa predstavlja paritetno polje oz.»checksum«, ki preverja, ali je bil celoten telegram prejet. Slika 2.9 Sestava podatkovnega telegrama [5] Pri brezžični komunikaciji in komunikaciji preko protokola IP telegrami v omrežju KNX niso drugačni od teh, razlikujejo pa se, kadar se prenašajo po zunanjem mediju, npr. pri komunikaciji TCP/IP, kjer se telegramu na samem vmesniku IP dodajo glave in noge, da je celoten paket razumljiv za protokol TCP/IP. Prenos podatkov znotraj omrežja KNX, preko t.i. kabla»twisted pair«, znaša 9600 b/s, pri čemer podatki po mediju potujejo serijsko, torej bit za bitom, kar pomeni, da gre za serijski asinhron način prenosa podatkov. Kadar se v omrežje pošilja logična ničla, napetost na napravi/vodilu pade in se po manj kot pol periode trajanja bita spet dvigne nad in kasneje na normalno vrednost. To se zgodi zaradi induktivnosti dušilke v napajalniku, ki strmi h gladki napetosti na omrežju. V naslednji pol-periodi bita se napetost dvigne in do konca periode pade na normalno vrednost. Zato prihaja do želenih oscilacij na osnovnem enosmernem omrežju [slika 2.10], ki predstavljajo podatke, ki se prenašajo po omrežju. 10

19 Slika 2.10 Prikaz oscilacij na omrežju glede na podatek, ki se prenaša po omrežju [5] Pomemben podatek pri omrežju KNX s kablom»twisted pair«je tudi ta, da se signali ne spajajo proti masi oz. zemlji, kot npr. pri serijskem vodilu USB. Podatki se prenašajo le simetrično na obe podatkovni liniji in ne po eni, ki bi se na vsaki strani spajala proti skupnemu terminalu mase. Takšen način prenosa podatkov drastično zmanjšuje vplive zunanjih motenj, kot so motnje zaradi induciranega sklapljanja [slika 2.11]. Sprejemniki v takem omrežju prepoznavajo pojave razlik napetosti med dvema podatkovnima linijama, namesto primerjanja spremembe napetosti ene podatkovne linije proti masi. To pomeni, da z relativno malo izboljšavami strojne opreme zagotovimo stabilen in nemoten prenos podatkov od naprave do naprave. Slika 2.11 Slika prenosa signala z inducirano motnjo, ki se izniči [5] 11

20 3 IZDELAVA PAMETNE INŠTALACIJE V tem poglavju so predstavljeni strojna oprema, naprave in uporabniški vmesnik, ki so bili uporabljeni, nastavljeni ter izdelani pri izdelavi pametne inštalacije v stavbi. Sama strojna oprema je bila na mestu že prej, potrebno je bilo le usposobiti omrežje KNX in kasneje nastaviti parametre na vseh napravah, povezanih v omrežje, ter povezati in zagnati uporabniški vmesnik. 3.1 Gradniki sistema KNX Gradniki sistema KNX, uporabljeni pri izdelavi inštalacije KNX v stavbi, ki sem jih uporabil za izdelavo diplomskega dela: - Napajalnik JUNG, št. artikla: 2002 REG, kot je predstavljen v prvem poglavju diplomskega dela z izhodnim tokom za napajanje naprav v omrežju do 640 ma. Napajalnik skrbi za napajanje vseh naprav v omrežju KNX in je ključni gradnik, ki omogoča prenos podatkov po omrežju na način, ki ga uporablja omrežje KNX preko kabla»twisted pair«. - Stikalna naprava proizvajalca JUNG, št. artikla: REG [slika 3.1]. Uporabimo jo lahko kot napravo s šestnajstimi stikalnimi izhodi ali kot napravo za krmiljenje osmih žaluzij ali rolet. Pri krmiljenju žaluzij ali rolet združimo dva izhoda za eno žaluzijo, kar pomeni, da je en izhod namenjen za spuščanje žaluzij, drugi pa za dviganje. Ta funkcija je posebej določena zato, da ne moremo na izhodu istočasno postaviti ukaza za dviganje in spuščanje, kar bi lahko povzročilo kratke stike ali uničenje motorja za pogon žaluzij. Naprava nam omogoča normalne stikalne operacije do toka 10 A pri izmenični napetosti 250 V skozi posamezen stikalni izhod. Stikalna naprava ima na ohišju tudi upravljalne tipke, ki omogočajo ročno vklapljanje in izklapljanje izhodov. To je namenjeno predvsem za izvajanje diagnostike, odpravljanje napak in testiranje v fazi programiranja in konfiguriranja omrežja. V aplikaciji v moji stavbi je stikalna naprava uporabljena le za stikalne operacije prižiganja in ugašanja svetlobnih teles. 12

21 Slika 3.1 Stikalna naprava oz. aktuator JUNG Tipke za upravljanje z razsvetljavo in s posameznimi gradniki v stavbi in prostorih so v večini prostorov proizvajalca JUNG, št. artikla: 2092 NABS [slika 3.2], ki so priključene na omrežni modul JUNG BU 2070 [slika 3.3], delujoč kot povezovalni element na omrežje KNX. Omogoča povezavo tipke z omrežjem KNX ter preprosto odstranitev in menjavo gornjega dela tipke, pri čemer priključna enota ostane privijačena v razdelilno dozo v steni. Te tipke omogočajo več različnih funkcij, ki se nastavljajo preko programskega okolja ETS. Slika 3.2 Tipka s štirimi stikalnimi funkcijami 13

22 Slika 3.3 Povezovalni modul na omrežje KNX 3.2 Vmesnik KNX-TCP/IP Del strojne opreme v inštalaciji v stavbi predstavlja tudi vmesnik iz omrežja KNX na protokol TCP/IP. Vmesnik omogoča prenašanje informacij in telegramov iz naprav v omrežju KNX v omrežje, ki za komunikacijo in prenos podatkov ter telegramov uporablja protokol IP. Naparava, kadar jo prvič priključimo na napajanje in omrežje KNX, ima na strani omrežja KNX naslov naprave 15/15/255, ki pa je največkrat popolnoma prost ali dejansko nikoli uporabljen, saj predstavlja zadnji možen naslov, ki ga lahko definiramo v omrežju. Sam naslov lahko kasneje poljubno spremenimo s konfiguracijo v programu ETS ali kateri koli drugi napravi. Na strani pretvornika IP pa je primarno nastavljena avtomatična konfiguracija naslova IP. Kadar napravo prvič priključimo v omrežje z usmerjevalnikom, oz. strežnikom DHCP, ji ta določi prost naslov IP znotraj omrežja. Vmesnik je možno priključiti tudi neposredno v računalnik, v tem primeru pa vmesnik dodeli svoj naslov IP sebi in tudi računalniku, s čimer se samodejno vzpostavi povezava med vmesnikom in računalnikom oz. napravo za programiranje. V svoji inštalaciji sem uporabil vmesnik proizvajalca SIEMENS, model 148-1AB22 [slika 3.4]. 14

23 Slika 3.4 Vmesnik med omrežjema KNX in TCP/IP Vmesnik KNX-TCP/IP omogoča več funkcij, in sicer ga lahko uporabimo kot vmesnik med dvema oddaljenima omrežjema KNX, ki se ne nahajata znotraj istega omrežja, torej sta lokacijsko oddaljena drug od drugega (dve stavbi nekaj deset ali več km narazen). Tako lahko oba vmesnika, vsak na svoji strani povezana z linijo omrežja KNX, povežemo v omrežje LAN na vsaki posamezni strani ter s pomočjo usmerjanja vrat na usmerjevalnikih, ki povezujejo omrežje LAN z omrežjem WAN, usmerimo telegrame preko interneta od enega vmesnika KNX-TCP/IP do drugega. Takšne aplikacije so sicer redke, vendar ti vmesniki to omogočajo. Naslednja aplikacija takih vmesnikov, ki je zelo pogosta, je nadomeščanje področnih sklopnikov KNX z vmesniki KNX-TCP/IP, ki omogočajo, da hrbtenično linijo omrežja in vsako posamezno področno linijo zgradimo s pomočjo omrežja TCP/IP in njegovimi gradniki TCP/IP. Te vmesnike lahko na strani TCP/IP povežemo s stikali, usmerjevalniki, kar nam omogoča lažje združevanje več sistemov ter več podpodročij in linij v posameznih področjih. Omrežje TCP/IP podpira tudi veliko večje prenose po linijah, kar omogoča, da podatki posredovani iz omrežja KNX ne»zamašijo«hrbteničnega vodila. 15

24 Zadnja, najpogostejša uporaba teh vmesnikov je uporaba za komuniciranje med omrežjem KNX in napravami v omrežju ter računalnikom, na katerem je nameščeno programsko okolje ETS. Le ta komunikacija in povezava nam omogočata programiranje in nastavitev parametrov vsake naprave v omrežju KNX. Takšna povezava je nadomestila starejše oblike povezav med omrežjem KNX in računalnikom, kot orodjem za programiranje. Starejše oblike povezav so bile izvedene prav tako s serijsko komunikacijo, vendar so potekale po drugih vodilih, kot so vodila USB ipd.. Vmesnik omogoča tudi povezavo do vizualizacijskih vmesnikov in dodatnih krmilnih naprav. Pri mojem delu je omogočil povezavo z nadzornim in upravljalnim modulom, ki ga predstavljata računalnik in aplikacija, ki se izvaja na računalniku. Podobnih aplikacij je sicer zelo veliko, vendar so ti vizualni vmesniki običajno višjega cenovnega razreda in navadno najdražje komponente v sistemu pametne hiše ali stavbe. 3.3 Programsko okolje ETS Programsko okolje ETS [slika 3.5] je namensko orodje za kreiranje projektov pametnih inštalacij ter konfiguriranje naprav znotraj omrežja KNX. Za program in licenciranje skrbi tudi Društvo KNX. Ker gre za namenski program, se ga lahko uporablja le za inštalacije KNX. Kadar kreiramo nov projekt, lahko izbiramo predvidene naprave iz spletnih katalogov. Program nam omogoča tudi veliko diagnostičnih funkcij, kot je npr. branje nastavitev naprave iz omrežja in branje oz. snemanje vseh telegramov, ki se prenašajo po omrežju, preko različnih vmesnikov, kot je tudi vmesnik KNX-TCP/IP. Kadar urejamo projekt znotraj programa ETS, imamo običajno tri skupine različnih okolij, v katerih posamezno urejamo določene dele in gradnike programa. Najprej imamo pogled zgradbe, kjer je jasno vidna hierarhija povezav in omogoča pregledno postavitev naprav v določene dele stavbe. Nato imamo pogled skupnih naslovov, ki prikazujejo, katere funkcije naprav so povezane z določenim skupinskim naslovom in še zadnji pogled, ki prikazuje posamezne naprave ter njihove fizične komponente in funkcije. 16

25 Slika 3.5 Privzet pogled programskega okolja ETS Izdelava programa in nastavitev parametrov naprav s programskim okoljem ETS Ko je celotna inštalacija povezana na omrežje KNX oz. ko je vsaka posamezna naprava povezana oz. pripravljena na povezavo, jo lahko začnemo programirati in nastavljati parametre vsaki napravi v omrežju KNX. Kot zgoraj navedeno, se lahko na omrežje KNX povežemo s pomočjo vmesnika KNX-TCP/IP [slika 3.6]. Najprej samemu vmesniku določimo naslove v omrežjih KNX in IP. V mojem primeru je naslov vmesnika v omrežju KNX 0/0/30, v omrežju IP pa sem mu nastavil statičen naslov IP, saj je tako zagotovljeno, da bo vmesnik vedno dosegljiv na istem naslovu, kar je kasneje uporabno za lažje povezovanje grafičnega ali katerega koli drugega vmesnika z omrežjem KNX, ter ta vmesnik povezal v lokalno IP omrežje stavbe. 17

26 Slika 3.6 Povezan vmesnik KNX- TCP/IP v omrežje KNX in IP ter statusne svetilke, ki potrjujejo, da vmesnik deluje pravilno Konfiguracija vmesnika KNX-IP [slika 3.7] je kasneje vidna v programskem okolju ETS pod zavihkom»bus«, kjer izberemo želeni vmesnik med programom ETS in omrežjem KNX ter napravami. Vidno je, da ima vmesnik prave naslove, torej izberemo tega za nadaljnjo uporabo. Slika 3.7 Vidna konfiguracija vmesnika KNX-TCP/IP v programskem okolju ETS Nato nadaljujemo z dodajanjem ter konfiguracijo naprav v omrežju KNX. Za začetek nastavitve je potrebno, da najprej s spletnih strani proizvajalcev ali iz spletnega kataloga znotraj programa ETS prenesemo»kataloške«podatke o napravi. Podatki morajo biti na voljo in uvoženi v program ETS, da lahko sploh začnemo s konfiguriranjem. Te podatke mora podati vsak proizvajalec opreme KNX. S tem, ko smo uvozili podatke v program ETS, lahko 18

27 napravo dodamo v omrežje KNX v programu ETS. Kadar dodamo novo napravo, jo najprej postavimo v želeno stavbo, nadstropje ter nato v določeno sobo [slika 3.8]. Slika 3.8 postavitev naprav v željena območja v projektu ETS Takšen način postavitve omogoča preglednost in preprosto iskanje elementov pri večjih in kompleksnejših sistemih pametnih inštalacij. Kadar napravo postavimo v želeno območje, ji še preprosto nastavimo želen ali predviden naslov v omrežju. Program skrbi tudi za to, da se v omrežju ne moreta pojaviti dve napravi z istim naslovom. Slednje se lahko zgodi le v primeru, če bi obe napravi konfigurirali v dveh različnih projektih in ju nato priključili na isto omrežje. Status konfiguracije posamezne naprave ali več naprav v območju lahko spremljamo s pomočjo podoken in tabel v njih, ki nam ponujajo preprost pregled nad posameznimi lastnostmi naprave v omrežju KNX, kot so naslovi naprav, imena, v katera območja spadajo, opisi, naziv proizvajalca, številke artiklov ipd. [slika 3.9]. 19

28 Slika 3.9 Pregled nad napravami in njihovimi lastnostmi v območju PRITLIČJE Nato se lotimo nastavitve posameznih parametrov naprav. Iz»podatkovnih listov«oz.»datasheetov«naprav ponavadi najlažje razberemo, kateri parametri se lahko nastavljajo na napravi oz. katere funkcije se lahko uporabljajo in kako katera posamezna funkcija deluje, ter kako se jo najlažje implementira. Največkrat je vse podano s primeri, zato je konfiguriranje olajšano. Parametre lahko nastavljamo na napravi, ko jo izberemo na seznamu in izberemo zavihek»parameters«. Na podlagi primera stikalne naprave [slika 3.10] lahko vidimo, kateri parametri so na voljo za to napravo. Pod»General«oziroma»splošno«najdemo osnovne nastavitve, kot npr., ali je omogočeno ročno manipuliranje z izhodi ter ostale dodatne funkcije. Pod parametri lahko nastavljamo tudi funkcije vsakega posameznega izhoda. Pri izhodu 1 lahko vidimo, da je izhod nastavljen kot»no«oziroma odprt kontakt, deluje brez zakasnitve, ni definiran kot centralni objekt ter se ob izpadu napetosti na vodilu KNX povrne v stanje pred izpadom napetosti. 20

29 Slika 3.10 Nastavitev parametrov na stikalni napravi na izhodu 1 Vsak izhod, ki ga hočemo uporabiti za določene manipulacije, programsko povežemo z»group«oziroma skupinskim naslovom, ki omogoča, da ukazi, poslani s strani katerega koli vmesnika, ki je povezan z istim skupinskim naslovom, dejansko izvedejo neko manipulacijo. Za primer, prvi izhod na stikalni napravi se bo uporabljal za prižiganje in ugašanje luči v eni izmed pisarn, določimo mu kateri koli prost skupinski naslov, ki ga bomo kasneje uporabili tudi za konfiguracijo tipke in povezali funkcijo tipke z istim skupinskim naslovom, kot je povezan prvi izhod stikalne naprave. Tako bosta obe napravi vedeli, kateri podatki so namenjeni njej oz. kam so namenjeni podatki. Če za primer vzamemo prvi izhod stikalne naprave, mu dodelimo skupinski naslov 0/0/2 [slika 3.11], mu dodamo še poljuben opis in vse je pripravljeno za povezavo tega izhoda, s pomočjo skupinskega naslova, s tipko. 21

30 Slika 3.11: Dodeljen skupinski naslov na prvi izhod stikalne naprave Potem sledi konfiguracija stikalne naprave, ki nam omogoča vsaj 4 funkcije na tipkah oz. so to najpogosteje kar stikalne operacije. Koliko stikalnih operacij in funkcij ima tipka, lahko razberemo iz števila parametrov ali tabele, v kateri so prikazane vse funkcije tipke. Tipki 1 in 3 se nahajata na levi strani, tipki 2 in 4 pa na desni. Ker s tipko, ki je predstavljena kot primer, v enem prostoru prižigamo in ugašamo dvoje luči, imamo zgornji par tipk namenjenih za vklop in izklop ene skupine luči, spodnji par pa za drugo skupino luči. V parametrih vsake posamezne tipke [slika 3.12] imamo na voljo več možnosti delovanja vsake tipke. Slika 3.12 Prikaz parametrov posamezne tipke, na primeru so razvidni parametri tipke 1 Tipka lahko deluje kot stikalo za vklop in izklop ali kot tipka, ki daje na vodilo logično vrednost»1«le takrat, kadar je pritisnjena. Naslednje možnosti so statusne lučke LED, ki omogočajo, da prikažemo, kakšno je stanje izhoda oz. skupinskega naslova, na katerega so, npr., povezane luči. Če so luči prižgane, statusne lučke LED svetijo z rdečo barvo, kar nakazuje, da je luč prižgana in so ugasnjene, kadar so luči ugasnjene. Te lučke LED lahko 22

31 uporabimo tudi kot nočne lučke, ki nam omogočajo, da ponoči bolje vidimo tipke in se tudi lažje orientiramo po prostoru. Naslednji parametri so, ob kakšni operaciji naj tipka, ki deluje kot stikalo, preklaplja, in sicer takrat, ko tipko pritisnemo, ali takrat, ko jo spustimo. Na koncu vsako posamezno tipko, ki postavlja krmilni izhod, povežemo s določenim skupinskim naslovom. Katera tipka je povezana s katerim naslovom je najlepše razvidno iz tabele funkcij tipke [slika 3.13]. Iz slike je razvidno, da sta prvi dve tipki (zgornji par) namenjeni za operacije na skupinskem naslovu 0/0/1, spodnji par pa za naslov 0/0/2. Slika 3.13 Povezave funkcij s določenim skupinskim naslovom Diagnostične funkcije programskega okolja ETS Programsko okolje ETS omogoča, da znotraj omrežja spremljamo, kateri podatki se prenašajo po omrežju in kateri podatki pridejo do naprave. Če se na omrežje KNX povežemo z vmesnikom KNX-IP in izberemo možnost»group Monitor«, lahko preko tega menija spremljamo, kateri podatki se vpisujejo v kateri skupinski naslov [slika 3.14]. Kadar naletimo na težavo, ko določena tipka, ki smo ji že določili parametre, ne prižiga določenega izhoda, s tem orodjem preprosto preverimo, ali se vrednost, oddana iz tipke, vpisuje v pravi skupinski naslov in ali je telegram bil dostavljen ali ne. Kadar je telegram dostavljen, se vrstica posnetega telegrama obarva s sivo barvo. Kadar prihaja do napak, ko telegram na primer ni dostavljen, se vrstica obarva svetlo zeleno. 23

32 Slika 3.14 Spremljanje telegramov na skupinskem naslovu "0/0/2" Kot je razvidno iz slike, so vsi telegrami v primeru pisanja podatkov na skupinski naslov»0/0/2«pravilno dostavljeni in izvršeni. Kadar je ukaz izvršen, sprejemna naprava vedno pošlje nazaj potrdilo, da je ukaz bil sprejet in pravilno izveden, pomeni prenos in ukaz je zaključen, vrstica se obarva s sivo barvo. 3.4 Upravljalni modul s platformo Windows Nazadnje, ko je bil že celoten projekt KNX narejen in vse naprave konfigurirane tako, da je celoten sistem deloval popolnoma samostojno in neodvisno, sem se lotil izdelave aplikacije za računalnike in naprave s platformo Windows. Izdelal sem aplikacijo za upravljanje s pametno inštalacijo in napravami v omrežju KNX ravno preko te aplikacije s priročnim grafičnim vmesnikom. Odločil sem se, da bom izdelal možnost vklopa in izklopa določenih izhodov na aktuatorju za vklop luči, kar mi je omogočilo, da sem lahko preko grafičnega vmesnika krmilil izhode, ki prižigajo in ugašajo luči Uporaba razvijalnega programskega orodja Visual Studio in programskega jezika C# Za izdelavo aplikacije sem uporabil eno izmed najbolj znanih profesionalnih razvojnih programskih orodij, in sicer Microsoft Visual Studio. Ta program omogoča razvoj in izdelavo različnih programov in aplikacij za različne platforme in operacijske sisteme. Zraven tega omogoča še razvijanje programov v različnih programskih jezikih kot so C#, Java, Phyton ipd.. Da sem se spoznal s samim programskim okoljem, sem najprej s pomočjo spletnih 24

33 vodičev naredil nekaj primerov aplikacij, ki so bile vedno zahtevnejše in vsebovale več funkcij. To mi je dalo osnovo, da sem se spoznal s samim programom. Aplikacije sem pisal s programskim jezikom C#. Ta programski jezik je objektno orientiran, kar pomeni, da je osnovan na podlagi objektov, ki predstavljajo osnovne gradnike programa. Samemu objektu nato določamo oz. ima določene lastnosti, kot so ime, spremenljivke in načine ali metode, ki so funkcije objekta. Razvit je bil predvsem za implementacije z ogrodjem.net, na katerem so večinoma grajene aplikacije, ki delujejo na operacijskih sistemih Windows Kreiranje nove aplikacije upravljalnega modula Aplikacija je narejena s pomočjo ogrodja.net, ki ga uporablja platforma Windows za večino svojih aplikacij, in s programskim jezikom C#. Za osnovo in osnovanje programa sem moral najprej raziskati več možnosti, kako pisati in brati podatke iz omrežja KNX in kako jih pisati v omrežje. Vedel sem, da za komunikacijo želim oz. moram uporabiti vmesnik KNX- IP, ki sem ga uporabil za samo konfiguracijo in nastavitev naprav v omrežju KNX. Ker je omrežje odprtokodno, brez kakršnih koli potrebnih licenc za uporabo ali kakšnih posebnih vmesnikov, torej nam omogoča lastno izdelavo različnih naprav, ali kot v mojem primeru vmesnika, ki deluje na poljubnem računalniku v omrežju IP, na spletu najdemo več brezplačnih knjižnic, ki jih lahko vključimo v svoje razvijalne projekte. Gonilniki in knjižnice nam omogočajo, da s pomočjo njihovih funkcij dostopamo do omrežja ter naprav. Preden vključimo knjižnice oz. jih želimo na kateri koli napravi, kjer želimo kasneje poganjati aplikacijo, ki komunicira z omrežjem KNX preko katerega koli vmesnika, moramo namestiti aplikacijo Falcon, verzije 5.0, ki jo najdemo na spletni strani Društva KNX pod zavihkom za razvijalce. Aplikacija namesti gonilnike za vmesnike med napravo, na kateri želimo zagnati aplikacijo in omrežjem KNX. Torej namesti gonilnike tudi za vmesnik KNX-TCP/IP, ki sem ga sam uporabil, prav tako se v isti namestitvi izvede namestitev potrebnega ogrodja.net na računalnik, ki ga potrebujemo za poganjanje slednje aplikacije, če ta še ni bil predhodno nameščen. Ti gonilniki so univerzalni za vse naprave za določen način komunikacije med omrežjem KNX ter računalnikom, saj morajo biti vsi vmesniki narejeni po standardu KNX, zato ni potrebno nameščati gonilnikov za vsako posamezno napravo, tudi če so te različnih proizvajalcev. Te knjižnice nam omogočajo, da lahko komuniciramo z napravami znotraj omrežja KNX, poleg tega pa je na voljo tudi pomoč in več vodičev, kako začeti s pisanjem 25

34 podatkov v omrežje preko različnih vmesnikov in katere elemente knjižnic moramo uporabiti za določeno aplikacijo. Priložen je še vodič, v katerem je že nekaj primerov pisanja ali branja podatkov iz omrežja. Ko sem imel vse potrebne knjižnice in gonilnike, sem lahko začel s pisanjem oz. ustvarjanjem same aplikacije. Za osnovo sem v programu Visual Studio začel z aplikacijo za računalnike z nameščenim operacijskim sistemom Windows, s ciljnim ogrodjem».net framework«[slika 3.15]. Slika 3.15 Nastavljene lastnosti aplikacije Izbira in definiranje»dll«datotek Dll datoteke, so referenčne datoteke oziroma knjižnice, ki vsebujejo določeno kodo. So namenske, že vnaprej napisane in prevedene funkcije, pripravljene za uporabo v določenih aplikacijah. Ker so dll datoteke dinamične, omogočajo tudi, da se funkcije zapisane v eni dll datoteki izvajajo v več aplikacijah hkrati. Torej se program ne rabi izvajati za vsako aplikacijo posebej, ampak jo lahko uporablja več aplikacij in s tem»prihranimo«s pomnilnikom pri izvajanju aplikacij. Dejansko tudi skrbijo za neke vrste sinhronizacijo med aplikacijami. 26

35 Pri KNX standardu imamo dve najpomembnejši knjižnici, ki jih potrebujemo pri razvijanju svoje aplikacije in namreč Knx.Falcon.Sdk.dll in Knx.Bus.Common.dll. Ti knjižnici so, kot že prej navedeno, prosto dostopni na spletu. Prva knjižnica je namensko ustvarjena za razvijanje, saj se imenuje sdk, to je software development kit, kar pomeni orodje za razvoj programske opreme. Navadno je zraven knjižnic podano tudi navodilo za uporabo teh knjižnic. Podane so informacije, katere funkcije so na voljo, kako se izvajajo, kaj zahtevajo, kateri so vhodni parametri, kateri izhodni in ostale informacije. Sam sem moral poiskati, katera funkcija znotraj teh dveh knjižnic skrbi za pisanje podatkov na vodilo. Zraven knjižnic je tudi pomoč in vodič, v katerem sem lahko našel, katera funkcija omogoča pisanje na vodilo. Za pisanje na KNX vodilo je potrebno iz knjižnice Knx.Falcon.Sdk.dll klicati funkcijo iz objekta Bus (Bus class). Ta objekt ima več metod, ki dejansko predstavljajo funkcije Bus objekta. Ena izmed funkcij se imenuje WriteValue, ravno ta omogoča pisanje podatkov na vodilo. Kadar izberemo to funkcijo, lahko vidimo tudi lastnosti funkcije in namreč vse vhodne parametre in sintakso uporabe te funkcije [slika 3.16]. Slika 3.16 Sintaksa funkcije writevalue 27

36 Ta funkcija omogoča pisanje različnih ukazov v omrežje. Da funkcija izvede ukaz moramo funkciji, kadar jo kličemo definirati tudi vhodne spremenljivke, kot so definirane v navodilih. Spremenljivke, ki jih moramo definirati so GroupAddress, GroupValue in po potrebi še Priority. GroupAddress definira, na kateri naslov v omrežju pišemo, GroupValue, je spremenljivka, v katero pišemo vrednost, ki jo želimo pisati na določen skupinski naslov in še prioriteta, ki definira prioriteto telegrama. Kadar kreiramo nov projekt, moramo seveda te dll datoteke oz. knjižnice v projektu definirati, če želimo znotraj naše aplikacije uporabiti njihove funkcionalnosti. Tako aplikaciji definiramo pot do teh datotek. Tako sem uvozil in definiral pravilne in potrebne»referenčnedll«datoteke, ki omogočajo komunikacijo s KNX vodilom oz. branje in pisanje podatkov v vodilo [slika 3.17]. Slika 3.17 Izbira potrebnih referenc ali datotek.dll Izdelava grafičnega vmesnika in izdelava programa Ko sem vključil vse reference, sem lahko začel z dejanskim programom. Na začetku pri kreaciji projekta in izbiri vrste aplikacije, se avtomatično kreira več delov projekta. En izmed teh je glavno okno»main Window«, s končnico».xaml«. To je koda, ki predstavlja oz. opisuje grafično podobo glavnega grafičnega okna aplikacije, ki ga vidi uporabnik, ko zažene aplikacijo. Poleg kode za grafično podobo je ustvarjena tudi datoteka»main 28

37 Window.xaml.cs«, katera je povezana z datoteko»main Window.xaml«. Datoteki sta bistveni za izdelavo programa, saj so v eni od datotek zapisane funkcije in lastnosti grafičnega vmesnika, v drugi pa lastnosti, funkcije programa in klici podprogramov, ki jih izvajajo»eventi«oz.»dogodki«posameznih elementov iz grafičnega vmesnika. Vsaki tipki na grafičnem vmesniku lahko dodelimo, da se ob določenem dogodku na grafičnem vmesniku zažene določena funkcija, ki je zapisana v»main Window.xaml.cs«, ki je kasneje vidna na samem grafičnem vmesniku, ali se izvede le v ozadju. Npr. potrditev povezave med vmesnikom KNX-IP in omrežjem, to ni potrjeno na grafičnem vmesniku, vendar se v ozadju izvede funkcija, ki izvede konfiguracijo. V ozadju se izvede tudi funkcija, ki pošilja telegrame na določen naslov IP v omrežju, ki so nato preko vmesnika KNX-IP preneseni na omrežje KNX, kjer se na podlagi telegrama, poslanega iz upravljalnega modula, izvede določen dogodek, kot je npr. prižig luči. Pri samem oblikovanju grafičnega vmesnika sem začel z vstavljanjem»mreže«v glavno okno, kar omogoča prosto postavitev grafičnih elementov. Mreža omogoča več postavitev, in sicer lahko določimo, kakšna je ločljivost mreže, kakšni so najmanjši razmiki in podobno. Te postavitve omogočajo, da elemente, ki morajo biti med seboj poravnani, lahko ustrezno poravnamo. Tako dosegamo privlačen videz aplikacije. Na mrežo sem nato iz menija na poljubno mesto glede na lastnosti te mreže vstavljal različne elemente, kot so tipke, slike, pravokotniki in vsi ostali elementi. V privzeti knjižnici programa Visual Studio lahko najdemo večino poljubnih elementov [slika 3.18], ki jih bomo potrebovali za izdelavo najrazličnejših osnovnih aplikacij, vendar lahko ustvarimo tudi popolnoma svoje elemente, če želimo svojo aplikacijo narediti popolnoma drugačno in imeti po meri narejen grafični vmesnik. 29

38 Slika 3.18 Izbira najrazličnejših kontrol za grafične vmesnike Še prej sem pri glavnem oknu izbral možnost, da se pri zagonu aplikacija pojavi v celozaslonskem načinu in nima tipk za izhod iz aplikacije ali možnosti pomanjšanja, saj je namen te aplikacije, da zasede celoten zaslon in se vedno pojavlja v celozaslonskem načinu. To je priročno in estetsko, ko takšen kontrolni modul namestimo na zaslon na dotik v prostoru, v katerem bomo upravljali z napravami in se orodna vrstica operacijskega sistema ne vidi (je skrita). Vidimo jo le takrat, ko pritiskamo določene funkcijske tipke na tipkovnici za prikaz funkcijskega menija start v operacijskem sistemu Windows, za katerega je aplikacija tudi namenjena. Te lastnosti se nastavljajo pod zavihkom za lastnosti vsakega 30

39 grafičnega elementa, kjer sem za glavno okno izbral možnost brez možnosti spreminjanja velikosti okna. Tako dobimo celozaslonski način, če to določimo z lastnostmi, kot je na primer osnovna velikost okna. Nato sem vstavil tloris stavbe, ki prikazuje razporeditev prostorov v stavbi, v kateri so nameščene naprave in celoten sistem KNX, da je upravljanje z napravami v stavbi lažje in preglednejše. Samo orientacijo slike sem izbiral glede na kasnejšo predvideno postavitev tega upravljalnega modula z grafičnim vmesnikom, saj bo najverjetneje postavljen na steno v hodniku 1, in bo od tam možno upravljanje z razsvetljavo v objektu. Na ta tloris sem kasneje vstavil posamezne tipke za vklop in izklop luči in jih glede na tloris smiselno postavil na primerna in pripadajoča mesta. Tako ima vsaka soba gumb za prižiganje in ugašanje luči [slika 3.19]. Slika 3.19 Tloris stavbe s kontrolnimi gumbi Vsaka tipko ali kateri koli element lahko v oknu za grafično oblikovanje oblikujemo s pomočjo zavihka»lastnosti«ali neposredno s tekstovnim urejanjem kode XAML, če seveda poznamo ukaz za določeno lastnost. Tako so vsi gumbi enake velikosti in imajo enake lastnosti, razlikujejo se le po klicu funkcije, saj vsak gumb kliče svojo. V primeru mojih 31

40 gumbov je funkcija poklicana v trenutku, ko kliknemo na gumb. Lahko bi izbrali tudi možnost, kadar gumb spustimo ipd.[slika 3.20]. Slika 3.20 Klic funkcije gumba Pri določanju lastnosti vsake tipke se sproti kreira tekstovna datoteka. Tako sem oblikoval vse tipke in jim določil posamezne klice funkcij [slika 3.21]. Dodal sem še statusne pravokotnike, ki prikazujejo, ali je luč prižgana ali ugasnjena. Pri pravokotniku ob vsaki spremembi stanja luči vpisujemo določeno lastnost, ki je v mojem primeru barva. Odvisna je od stanja izhoda, in sicer če je vklopljen, se obarva rumeno, če je izklopljen, se obarva sivo. Slika 3.21 Lastnosti dveh gumbov ter pravokotnika za prikaz stanja Nato sem prešel na funkcije, ki jih kličejo vsi posamezni gumbi za vklop ali izklop izhoda. Pri vsaki tipki se v datoteki»mainwindow.xaml.cs«ustvari funkcija»private void«, to je lokalna funkcija, kar pomeni, da se izvaja lokalno - ni globalna in zato ni dostopna ostalim zunanjim funkcijam. Nato sem za vsako tipko oz.»event«tipke klical funkcijo, ki piše izbrane podatke v vodilo KNX. To funkcijo ponuja aplikacija»falcon«in je prosto dostopna 32

41 komur koli, ker je omrežje KNX odprtokodno omrežje. Prosto dostopna je razvijalcem aplikacij in naprav KNX. Na voljo je tudi na spletni strani Društva KNX pod zavihkom za razvijalce, kjer najdemo knjižnice, gonilnike in nabor ostalih funkcij. Funkcija je že pred definirana funkcija standarda KNX. Uporablja jo oz. vsaj njeno osnovo večina naprav, ki delujejo kot komandni in upravljalni moduli z grafičnim vmesnikom. Funkcija skrbi za pravilno oblikovanje telegramov, ki bodo poslani po omrežju. Jedru telegramov, ki ga definiramo in zbiramo, katere informacije se bodo poslale po njem, doda glavo in nogo, da se kasneje telegram pravilno prenese v omrežje ter omogoča funkcije kontrole ali se je telegram pravilno prenesel do končne želene naprave v omrežju KNX. Sami funkciji moramo vnesti podatke, in sicer katero vrednost želimo pisati, za stikalne operacije so to logična ničla ali enka, mesto podatkov, naslov in s kakšno prioriteto. Tako za primer luči v sprejemni pisarni vnesemo vrednost skupinskega naslova oz.»goup«naslov»0/0/2«, saj se luči nahajajo na izhodu, ki je povezan s tem skupnim naslovom. Nato izberemo, da bomo poslali logično vrednost»1«za vklop in prioriteto telegrama, ki je za navadne telegrame vedno nizka [slika 3.22]. Pri vnašanju vrednosti skupnega naslova moramo vedno upoštevati enako obliko, pri vrednosti lahko vstavljamo vrednost podatkov vse do 16 B, če seveda naprava potrebuje takšne podatke, prioritete pa se lahko definirajo kot alarm, visoka prioriteta, sistemska prioriteta in nizka prioriteta. Slika 3.22 Funkcija tipke za vklop luči na naslovu "0/0/2" V funkciji je definirano tudi preprosto spreminjanje barve pravokotnika, ki prikazuje stanje zapisa v ta skupinski naslov, ali je vklopljen ali izklopljen. Kadar je stanje»1«, takrat je indikator obarvan rumeno, ko je v stanju»0«, je indikator obarvan sivo. Ko sem imel zapisane vse funkcije za vse tipke, sem začel s testiranjem celotnega sistema. Preizkusil sem vse funkcije ter vklope in izklope vseh luči, s čimer sem dobil končno podobo grafičnega vmesnika upravljalnega modula, na katerem so vsi indikatorji obarvani rumeno, 33

42 kar pomeni, da so vse luči prižgane [slikal 3.23]. Pri sistemu KNX, združenim z upravljalnim modulom, se pojavlja še ena posebnost, in sicer ta, da je upravljalni modul zgolj dodan v samostojno delujoč sistem. To pomeni, da v primeru, ko imamo v sistemu KNX za vklop in izklop luči senzorje in podobne naprave ter želimo luč, ki se vklopi preko senzorja za premikanje, prižigati in ugašati s pomočjo upravljalnega modula, moramo pravilno konfigurirati senzor premikanja v sistemu KNX. Če je seveda mogoče, na senzorju pod parametri nastavimo, da senzor zaznava premikanje. To naj bi počel konstantno, tudi v času, ki ga definiramo, kako dolgo naj luč sveti. Če smo v času, ki ga je senzor definiral aktuatorju, kako dolgo naj bo prižgana luč, z upravljalnim modulom poslali informacijo za ugašanje luči in s tem luč tudi ugasnili, bo senzor, če bo zaznal premikanje, ponovno vključil luč, ki bo svetila do konca časovnega intervala, ki ga je poslal senzor, preden smo mi luč prižgali in ugasnili. Tako ni potrebno čakati do konca časovnega intervala senzorja, da bi ponovno prižgal luči ob premikanju, ampak jih ponovno prižge tudi znotraj tistega intervala, če so se zaradi kakršnega koli razloga ugasnile. Slika 3.23 Grafični vmesnik upravljalnega modula 34

43 Med samo izdelavo programa, grafičnega vmesnika, sem nekajkrat uporabil možnost»razhroščevanja«, ki jo ponuja razvijalno orodje Visual Studio. Možnost je bila uporabna predvsem pri ugotavljanju delovanja funkcije za pisanje podatkov na vodilo. Pri tem moramo najprej definirati, s katerim načinom povezave se povezujemo na vodilo KNX, v mojem primeru je to način»ip Tunneling«, ki omogoča prenos telegramov preko omrežja IP v omrežje KNX s pomočjo vmesnika KNX-TCP/IP. Tako moramo za funkcijo»ip Tunneling«vnesti naslov IP vmesnika, kjer se ta vmesnik nahaja in njegova odprta vrata za komunikacijo, v mojem primeru Na koncu, ker želimo stanje naprav v stavbi spremljati in spreminjati tudi iz oddaljene lokacije, sem moral najprej na usmerjevalniku omrežja IP dodati še»port forward«, ki omogoča, da lahko iz zunanjega omrežja WAN preko zunanjega naslova IP in porta, dostopamo do naprav z naslovom IP naprav v lokalnem omrežju LAN, v mojem primeru je to vmesnik KNX-TCP/IP. Nato sem še posebej dodal gumb za konfiguriranje povezave, da ni potrebno pisati podatkov v samo kodo in jih spreminjati ob vsaki novi inštalaciji aplikacije na kateri koli napravi z operacijskim sistemom Windows, saj ima funkcija, ki skrbi za povezovanje, že vse pripravljeno za grafični vmesnik, le izdelati ga je bilo treba [slika 3.24]. Ko aplikacijo odpremo na novo, se moramo torej vedno najprej povezati z vmesnikom KNX- IP. Zato sem v aplikaciji dodal poseben gumb, ki odpre podokno za konfiguracijo vmesnika. Da se lahko z njim povežemo, moramo vnesti njegov naslov IP in prosta vrata, s katerimi bomo dostopali do omrežja KNX. Imena ni potrebno vstavljati, saj to ne spremeni ničesar, razen če bi kasneje želeli na grafičnem vmesniku izpisati, s katerim vmesnikom smo povezani. Pozorni moramo biti le, ko se povezujemo preko oddaljene povezave, saj namesto dejanskih vrat vmesnika vnesemo odprta vrata, ki nas usmerjajo do vmesnika, ki smo jih nastavili na usmerjevalniku v oddaljenem omrežju, kjer je lociran vmesnik. Kadar se povezujemo preko oddaljene povezave moramo paziti, da v naslov IP vstavimo naslov WAN IP. To je naslov, ki je s strani operaterja določen usmerjevalniku v oddaljenem omrežju, kjer je vmesnik KNX-IP. 35

44 Slika 3.24 Vmesnik za vpis parametrov vmesnika KNX/IP Testiranje upravljalnega modula Testiranje upravljalnega modula je potekalo tako, da sem se na omrežje KNX povezal z dvema računalnikoma hkrati. Ti dve hkratni povezavi mi je omogočal ravno vmesnik KNX- IP, ki omogoča do pet hkratnih povezav iz omrežja IP v omrežje KNX, kar pa je možno le tako, da iz dveh različnih naprav dostopamo do vmesnika KNX-IP preko dveh različnih vrat na vmesniku. Primarna vrata se nahajajo na naslovu 3671, za temi vrati pa so na voljo še štiri vrata, torej od 3671 do Tako sem lahko ukaze izvajal s pomočjo aplikacije upravljalnega modula, z drugim računalnikom in s programskim okoljem ETS pa sem lahko spremljal prenose telegramov v omrežju. Tako sem lahko tudi istočasno konfiguriral naprave v omrežju KNX s programskim okoljem ETS, brez da bi moral prekinjati povezavo upravljalnega modula z vmesnikom KNX-IP. Njegova zanimiva lastnost je ta, da ga ni potrebno konfigurirati na podoben način kot tipke in ostale vhodno-izhodne module, ampak preko vmesnika IP iz katerega koli zunanjega vira, ki ima dostop do vmesnika KNX- IP, prosto pišemo poljubne vrednosti na vodilo in vsem napravam, ki so povezane z istim skupinskim naslovom, če imamo seveda potrebne knjižnice, ki lahko pišejo podatke v KNX vodilo. Prenosi telegramov iz vmesnika KNX-IP, ki so bili poslani iz aplikacije upravljalnega modula, so razvidni v»group Monitorju«v programskem okolju ETS na drugem računalniku. Razlika je vidna med telegrami, poslanimi iz naprave, konfigurirane v omrežju 36

45 KNX in med telegrami, poslanimi iz vmesnika KNX-IP. Nekateri telegrami so pisani iz zunanjega vira, kot je vmesnik KNX-IP, kjer telegram nastane zunaj omrežja (»to bus«), nekateri pa iz notranjega vira (tipka), kjer telegram nastane v omrežju KNX (»from bus«) [slika 3.25]. Tako kot pri testiranju naprav v omrežju KNX, se tudi vrstice, poslane iz zunanjih virov, kot je vmesnik in upravljalni modul, potrjujejo in obarvajo s primerno bravo, če je telegram seveda pravilno konfiguriran znotraj aplikacije za upravljanje. Torej se vrstica v»group monitorju«obarva sivo, kadar je telegram pravilno oblikovan. Če sem pri katerem telegramu napačno vnesel naslov ali podatek, se je telegram obarval zeleno, kar pomeni, da ni bilo poslanega potrdila s strani sprejemnih naprav, da je bil telegram sprejet in pravilno izveden. Slika 3.25 Razlika med telegrami poslanimi iz tipke ali preko vmesnika KNX-IP z upravljanim modulom 37