Система автоматизації житлового приміщення за концепцією «Розумний будинок» з інтеграцією модулів IoT та AI-помічником

Abstract

Кваліфікаційна робота присвячена актуальній проблемі створення інтелектуальної системи домашньої автоматизації, яка використовує технології Інтернету речей (IoT) та штучного інтелекту для забезпечення комфорту, енергоефективності та безпеки сучасного житла. У роботі ефективно проаналізовано теоретичні основи побудови системи «Розумний дім», визначено вісім фундаментальних принципів їх функціонування та досліджено роль IoT як технологічної основи для інтелектуальної автоматизації. Обґрунтовано концепцію інтеграції ШІ-асистента з дев'ятьма ключовими сферами взаємодії, що забезпечує перехід від реактивного до проактивного управління житловим середовищем. Розроблено багаторівневу архітектурну систему, що включає сенсорний, контролерний, керуючий та інтерфейсний рівні. Запропоновано п'ять основних функціональних підсистем: управління освітою з циркадними алгоритмами, клімат-контроль з прогнозними моделями, безпека з багаторівневим захистом, управління енергоспоживанням та мультимедіа. Обґрунтовано вибір апаратних компонентів на базі Raspberry Pi 4, ESP32/ESP8266 та розгалуженої сенсорної мережі. Створено повнофункціональний прототип системи на платформі Home Assistant з понад 30 автоматизаціями та інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом користувача Lovelace. Розроблено комплексну систему інформаційно-технічної безпеки з шифруванням даних, багаторівневою автентифікацією та ШІ-моніторингом. Практичне впровадження підтверджує ефективність запропонованих рішень та можливість їх впровадження в житлових приміщеннях різного призначення. Результати дослідження створюють теоретичну основу та практичні інструменти для розробки системи інтелектуальної домашньої автоматизації.The qualification work is devoted to the current problem of creating an intelligent home automation system, which uses the Internet of Things (IoT) and artificial intelligence technologies to ensure comfort, energy efficiency and security of modern housing. The work effectively analyzes the theoretical foundations of building a Smart Home system, identifies eight fundamental principles of their functioning and explores the role of IoT as a technological foundation for intelligent automation. The concept of integrating an AI assistant with nine key areas of interaction is substantiated, which ensures the transition from reactive to proactive management of the residential environment. A multi-level architectural system is developed, including sensor, controller, management and interface levels. Five main functional subsystems are proposed: education management with circadian algorithms, climate control with predictive models, security with multi-level protection, power consumption management and multimedia. The choice of hardware components based on Raspberry Pi 4, ESP32/ESP8266 and an extensive sensor network is justified. A fully functional prototype of the system on the Home Assistant platform with over 30 automations and an intuitive user interface Lovelace has been created. A comprehensive information and technical security system has been developed with data encryption, multi-level authentication and AI-monitoring. Practical implementation confirms the effectiveness of the proposed solutions and the possibility of their implementation in residential premises of various types of purpose. The research results create a theoretical basis and practical tools for the development of an intelligent home automation system.