Hệ điều khiển nhúng với PETRI NET I Mở đầu Mơ hình hóa phương pháp xây dựng mơ hình tốn học hệ thống cách phân tích hệ thống thành khối chức năng, mơ hình toán học khối chức biết rút dựa vào quy luật hóa lý Mơ hình hệ thống xây dựng dựa sở liên kết khối chức Trên sở mơ hình hóa kiểm tra, đánh giá kết xem hệ thống có phù hợp với u cầu hay khơng Nên mơ hình hóa hệ thống giúp đánh giá tính thực tiễn cơng việc định làm, từ đưa phương án lựa chọn tốt dành cho hệ thống Để mơ hình hóa hệ thống sử dụng nhiều hướng khác như: hướng cấu trúc, hướng liệu, hướng đối tượng, Petri Net (lưới Petri Net) v.v Trong đó, Petri Net ngơn ngữ mơ hình hóa dùng để đặc tả hệ thống phân tán rời rạc Petri Net phát minh vào năm 1962 Carl Adam Petri nhằm mục đích mơ tả q trình hóa học Ngày nay, Petri Net phát triển mạnh mẽ, ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác như: sinh học, hóa học, môi trường, kỹ thuật, truyền thông, điều khiển, hệ thống sản xuất, robot [1],[2] v.v Trong nội dung báo giới thiệu Petri Net sử dụng để mơ hình hóa hệ điều khiển nhúng cụ thể hệ thống nhà thông minh II Petri Net Petri Net gọi Place/Transitions Networks (mạng vị trí/chuyển tiếp) hiển thị đồ thị có hướng gồm có loại node: * Transition (chuyển tiếp) có dạng hình chữ nhật hình vng - biểu diễn kiện rời rạc xảy * Place (vị trí) có dạng hình trịn biểu diễn trạng thái điều kiện Ví dụ minh họa Hình 1, Petri Net có place, transition Hình Ví dụ minh họa Petri Net Các place transistion nối với đường nối (liên kết) Chỉ nối place với transition, nối hai place hai transition với Khi đường nối từ place đến transition, place gọi input place transition Ngược lại, có đường nối từ transition tới place place gọi output place transition Các place chứa số lượng token (thẻ) Token place biểu diễn dấu chấm Transition Petri Net hoạt động tất input place có token Sau transition hoạt động (bắn), input place token output place thêm token Trong Hình 1, bước 1, place P1 trạng thái chứa token nhiên transistion T1 hoạt động không cho phép token qua Transition T1 yêu cầu place P3 P1 chứa token hoạt động Bước minh họa xảy place P1 P2 có chứa token T1 hoạt động cho phép token chuyển đến place khác, trường hợp P2 Bước kết từ bước sau T1 hoạt động Token chuyển từ place P1 P3 Place P1 bị token từ P1 có đường nối chiều (input place) Place P3 có đường nối hai chiều (vừa input place vừa output place) tới T1 P3 khơng bị token qua transition T1 Đường nối hai hướng thực tế hai đường nối chiều theo hai chiều ngược minh họa Hình Hình Biểu diễn đường nối hai hướng Ở bước Hình trình giống với bước place P2 P4 chứa token (đang hoạt động) transition T2 hoạt động cho phép token vượt qua tới place P1 Tại thời điểm, việc phân bố token place, gọi đánh dấu (marking) Petri Net Nó biểu diễn trạng thái hệ thống mơ hình hóa Một marking Petri Net với m place biểu diễn vector M (m x1), thành phần vector khơng âm, ký hiệu M(p), biểu diễn cho số token place P tương ứng [3] Trong mơ hình Petri Net biểu diễn bước 1, Hình thì: M = (1,0, 0, 0)T Một cách hình thức, Petri Net định nghĩa sau: PN = (P, T, I, O, M0) Trong đó: P = {p1, p2…pm} tập hữu hạn place T = {t1,t2,…tn} tập hữu hạn transition P T tập tách rời : PT, PT= I: (P x T) N hàm xác định hướng đường nối từ input place tới transition, N tập hợp số nguyên (là 1) Trong trường hợp tổng quát số nguyên không âm 4 O: (P x T) N hàm xác định hướng đường nối từ transition tới output place M0: P N trạng thái (marking) ban đầu Ví dụ, Petri Net Hình với trạng thái ban đầu bước biểu diễn với thành phần sau: PN = (P, T, I, O, M0) P = {P1,P2,P3,P4} T = {T1,T2} Input place Output place M0 = (1,0, 0, 0)T III Sử dụng Petri Net để mơ hình hóa hệ thống nhà thông minh Nhà thông minh (tiếng Anh: smart - home intelli - home) kiểu nhà lắp đặt thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoàn toàn bán tự động thay người thực thao tác quản lý, điều khiển Hệ thống nhà thông minh thường gồm có: * Hệ thống điều khiển cửa vào/ra (access control): Điều khiển cửa vào/ra dùng mã vân tay, mã số, mã điều khiển * Hệ thống điều khiển âm thanh, ánh sáng: Đảm bảo chất lượng chiếu sáng u cầu dựa vào thơng số Hình Mơ hình nhà thông minh (lưu lượng, cường độ ánh sáng, độ rọi) * Hệ thống rèm cửa, cửa sổ: điều khiển rèm, cửa sổ theo yêu cầu có sử dụng loại cảm biến * Hệ thống nhiệt, thơng gió điều hịa khơng khí (HVAC): Giám sát thay đổi tham số hệ thống cho phù hợp với thời gian ngày, với mùa, kỳ nghỉ Đảm bảo chất lượng khơng khí lưu thơng tịa nhà * Hệ thống điều khiển an ninh (security control): Hệ thống đảm bảo an toàn chống xâm nhập, chống cháy nổ, khí độc, ngập úng Ngày nay, phát triển cơng nghệ tự động hố khơng làm thay đổi sản xuất công nghiệp mà cịn thay đổi mơi trường sống Nhu cầu tiện nghi, an toàn chủ nhà khác nhau, tự định "khả năng" nhà tương tác với môi trường xung quanh Để mô hệ thống nhà thơng minh cần mơ tồn hệ thống thành phần nêu Chúng mô hệ thống an ninh với yêu cầu sau: Khi có xâm nhập trái phép cảnh báo cách báo đèn sáng, loa kêu, gửi tin nhắn SMS đến số điện thoại cài đặt trước Ấn Play chạy mơ transitoin “DIEU KHIEN” kích hoạt sẵn sàng hoạt động hình hình 5a Khi ta kích vào transition ‘DIEU KHIEN’ đồng thời place nhận token là: DEN BAO, LOA SMS hình 5b) Tiếp theo ta ấn vào transistion RESET hoặt đợi hết thời gian đặt token transition DEN BAO LOA chuyển tới place XAM NHAP, ta hình 5c) Từ hình 5b) ta nhấn vào transition DI DONG token SMS tin nhắn gửi tac hình 5d) Ở hình 5c) ta nhấn vào transition DI DONG ta lại hình 5a) Từ hình 5c) ta nhấn vào transition DIEU KHIEN lần place SMS có token hình 5e) Hình Mơ hệ thống an ninh sử dụng WorkCraft IV Kết luận Như vậy, q trình mơ hình hóa hệ thống chống xâm nhập Petri Net dùng WorkCraft 1.0 để mơ nhà thơng minh tác giả nhận thấy hoàn toàn phù hợp với yêu cầu đặt Ta rộng cho hệ thống khác phức tạp Có thể làm hướng nghiên cứu phát triển cho ngành, lĩnh vực khác, đồng thời thực kiểm tra, đánh giá cho hệ thống Hiện có nhiều cơng cụ để chuyển mơ hình hệ thống từ Petri Net sang chương trình với ngơn ngữ lập trình thơng dụng C, Java…điều giúp ta phát triển hệ thống sau mơ hình hóa với Petri Net q