10. ünite / 10

Akıllı ev ve akıllı sera: kural motoru ve sistem mimarisi

EĞER … İSE … kurallarıyla seranın pencere, fan, ısıtıcı ve sulamasını yönet; histerezis, BEKLE ve çevrim dışı güvenli varsayılanlarla bitirme projesinin mimarisini kur.

Bu ünitenin sonunda

EĞER/İSE/VE/BEKLE diliyle sera kuralları yazıp 24 saatlik benzetimde puanlamak
Histerezis ve en kısa bekleme süresiyle röle anahtarlamasını azaltmak
Cihaz üstü (yerel) kurallarla bulut kurallarını ayırmak ve çevrim dışı güvenli varsayılan tanımlamak
Bitirme projesinin cihaz, broker, kural motoru ve pano mimarisini çizmek

Ders notları

Önceki ünitelerin hepsi burada birleşir: sensörler telemetri yayımlar, eyleyiciler komut alır, pano durumu gösterir. Eksik olan karar veren parçadır: kural motoru. Bu derste kurallar iki dilli küçük bir dille yazılır:

EĞER sicaklik > 33 İSE fan = 1 BEKLE 5 | IF temp > 33 THEN fan = 1 HOLD 5

Kuralların anlamı

Her dakika kurallar sırayla değerlendirilir; koşulu tutan kural eyleyiciyi ayarlar, aynı eyleyicide sonraki kural kazanır.
Eyleyici yeni bir kural gelene kadar değerini korur. "33 üstünde aç" ve "29 altında kapat" iki kural birlikte histerezis oluşturur.
BEKLE n: o eyleyici son değişimden bu yana n dakika geçmeden yeniden değiştirilemez. Röleyi, kompresörü ve pompayı sık anahtarlamadan korur.
Koşullar VE ile birleşir: EĞER toprak < 35 VE saat >= 6 İSE sulama = 1 gece sulamayı engeller.

Yerel mi, bulutta mı?

Isıtıcıyı kapatmak gibi güvenlik kuralları cihazda çalışmalıdır: Wi-Fi kopunca sera yanmamalı. Bulut kuralları (hava tahminine göre sulamayı ertelemek, birden çok seranın enerji bütçesi) daha esnektir ama gecikmeli ve bağlantıya bağımlıdır. İyi tasarım "yerel önce"dir: bulut kuralları güncellenebilir bir kural setini cihaza retained bir konuyla gönderir, cihaz doğrulayıp uygular. Bağlantı yoksa cihaz son geçerli kural setiyle, o da yoksa güvenli varsayılanlarla (ısıtıcı kapalı, pencere yarı açık) çalışır. Sensör arızasında (NaN ya da imkânsız değer) ısıtıcı asla açık kalmamalıdır.

Bitirme projesinin mimarisi

Akıllı sera dört katmandan oluşur: (1) ESP32 düğümleri: DHT22/BME280, LDR, toprak nemi, MOSFET ile fan ve pompa, servo ile pencere; (2) TLS'li MQTT broker ve ACL; (3) kural motoru: güvenlik kuralları cihazda, iyileştirme kuralları sunucuda; (4) pano: canlı grafik, gölge durumu, uyarılar. Kurallarını konfor yüzdesi, aşırı sıcak/soğuk dakika, anahtarlama sayısı ve enerjiyle puanla; bir sonraki derste sabit eşikler yerine öğrenilmiş bir anomali uyarısı kuracaksın.

Simülasyonlar

Akıllı sera: kural motoru

EĞER … İSE … kurallarıyla pencere, fan, ısıtıcı, sulama ve alarmı yönet. 24 saatlik sera gününü dış hava ve bulutlulukla benzet; konfor yüzdesi, aşırı sıcak/soğuk dakika, röle anahtarlama sayısı ve enerjiyle kurallarını puanla.

Konfor (18–30 °C): %62,6 · aşırı sıcak 0 dk · aşırı soğuk 0 dk · kuru toprak 0 dk Anahtarlama: pencere 2, fan 0, isitici 4, sulama 4, alarm 0 · enerji 6,31 kWh Puan: 47

Kurallar

10 kural geçerli

Gölgelenen eyleyiciDış ortalama16 °CGece/gündüz farkı±8 °CBulutluluk20%

3B akıllı sera: cihazlar, broker ve MQTT paketleri

Seranın 24 saatini kural motoruyla oynat. Sensör düğümü her 10 dakikada sıcaklık yayımlar, eyleyici düğümü durum değiştirince kalıcı durum mesajı yollar; her paket broker'dan geçerek abonelerine uçar. Panodan elle komut gönder, pencere, fan, ısıtıcı ve sulamanın sahnede değiştiğini izle.

3B sahne yükleniyor…

Sürükle: döndür · iki parmak / tekerlek: yakınlaş · sağ tuş: kaydır

telemetri
komut
durum (retained)

11:00 · içeride 26,8 °C, dışarıda 22,0 °C, toprak %54 pencere kapalı · fan kapalı · ısıtıcı kapalı · sulama kapalı · havada 2 paket

11:00sera/01/sicaklik 26.8 sensor → broker → actuator, dashboard
10:50sera/01/sicaklik 26.2 sensor → broker → actuator, dashboard
10:40sera/01/sicaklik 25.7 sensor → broker → actuator, dashboard
10:30sera/01/sicaklik 25.1 sensor → broker → actuator, dashboard

Günün saati11:00HızDış ortalama18 °CBulutluluk20%Panodan elle komut

Komut paketi pano → broker → eyleyici yolunu izler. Cihazdaki kurallar bir sonraki değişimde yeniden karar verir: hangisi kazanmalı, düşün (10. ünite).

Kod

Arduino C++: cihaz üstünde histerezis, BEKLE ve çevrim dışı güvenli varsayılan

struct Act { int pin; bool on; uint32_t lastChange; uint32_t holdMs; };
Act fan    = { 26, false, 0, 5UL * 60000 };   // BEKLE 5 dk: röleyi koru
Act heater = { 27, false, 0, 10UL * 60000 };

bool set(Act& a, bool want) {
  if (want == a.on) return false;
  if (millis() - a.lastChange < a.holdMs) return false;  // çok erken: değiştirme
  a.on = want; a.lastChange = millis();
  digitalWrite(a.pin, want);
  return true;
}

void rules(float t, bool online) {
  // Histerezis: 33 üstünde aç, 29 altında kapat; arada önceki durum kalır
  if (t > 33) set(fan, true);
  else if (t < 29) set(fan, false);
  if (t < 14) set(heater, true);
  else if (t > 17) set(heater, false);
  if (isnan(t) || t > 45) set(heater, false);   // sensör arızası: ısıtıcıyı asla açık bırakma
  if (!online) { /* bulut yok: yerel kurallar çalışmaya devam eder */ }
}

MicroPython: kuralları JSON olarak MQTT'den alan küçük motor

import json
OPS = {">": lambda a, b: a > b, "<": lambda a, b: a < b, ">=": lambda a, b: a >= b, "<=": lambda a, b: a <= b}
kurallar = []                               # retained "sera/01/kurallar" konusundan gelir

def kurallari_al(msg):
    global kurallar
    yeni = json.loads(msg)
    if all(r["op"] in OPS for r in yeni):   # doğrula, sonra değiştir: bozuk kural seti çalışmayı durdurmaz
        kurallar = yeni

def degerlendir(ortam, eyleyici):
    for r in kurallar:                       # sırayla; aynı eyleyicide sonraki kazanır
        if all(OPS[c["op"]](ortam[c["s"]], c["v"]) for c in r["kosul"]):
            eyleyici[r["act"]] = r["val"]
    return eyleyici

Kendin dene

Kural motorunda varsayılan kuralları çalıştır ve konfor yüzdesini, fan anahtarlama sayısını ve enerjiyi not et. Fanın BEKLE süresini kaldır: anahtarlama sayısı ne oldu? Dış sıcaklığı düşürüp bulutluluğu artır ve ısıtıcı kurallarını konforu %90'ın üstüne çıkaracak, enerjiyi en az tutacak şekilde ayarla. Sözdizimi hatalı bir satır ekle ve hatanın satır numarasıyla gösterildiğini gör. Wokwi'de ESP32 + DHT22 + LED (fan) + servo (pencere) ile C++ kurallarını dene.

Sık yapılan hatalar

Aynı eşikte açıp kapatmak (EĞER > 30 aç, EĞER < 30 kapat): değer 30 civarında gezinince röle titreşir.
Güvenlik kuralını yalnız bulutta çalıştırmak: bağlantı kopunca ısıtıcı açık kalabilir.
Kural sırasını önemsememek: aynı eyleyicide sonraki kural kazanır, genel kural özel kuralı ezebilir.
Sensör NaN döndüğünde son kararı korumak: arızalı sensörle ısıtıcı saatlerce açık kalabilir.
Yeni kural setini doğrulamadan uygulamak: tek bir bozuk satır tüm otomasyonu durdurabilir.

Yazılım mühendisliği bağlantısı

Kural motoru küçük bir alan özgü dildir (DSL): ayrıştırıcı, değerlendirici ve benzetici ayrı ve saf parçalardır.

Ayrıştırıcıya hatalı girdiler için testler yaz: bilinmeyen sensör, eksik İSE, değer 0/1 dışında. Hata satır numarasıyla dönmeli.
Benzetimi bir regresyon testi olarak kullan: kural setini değiştiren her commit "konfor ≥ %90, ısıtıcı anahtarlaması ≤ 6" gibi bir ölçütü geçmeli.

Kendini sına

"EĞER sicaklik > 33 İSE fan = 1" ve "EĞER sicaklik < 29 İSE fan = 0" kuralları varken sıcaklık 31 °C. Fan ne yapar?
BEKLE 10 olan ısıtıcı 08:00'de açıldı. Kural 08:04'te kapatmak istiyor. Ne olur?
Wi-Fi kopunca ısıtıcının güvenli durumu nasıl sağlanır?
Aynı dakikada iki kural pencereyi farklı değerlere ayarlıyor. Hangisi kazanır?

Bu üniteden sonra bitirme projesinde

Kural motoru, testler ve demo: Cihaz üstü kurallar ve güvenli varsayılan; test raporu; 5 dakikalık demo videosu ve mimari çizimi.