Аннотация. В статье рассмотрена проблема синхронизации территориально распределенных устройств в рамках концепции интернета вещей. Предложена модель системы: звуковой сигнал, зафиксированный одним устройством, преобразуется в команды для RGB‑светодиодов другого устройства, а связь между ними идет через облачную платформу iocontrol.ru. Описаны архитектура, алгоритмы работы и программная реализация на микроконтроллере ESP32, приведены фрагменты кода. Область применения – интерактивные инсталляции, образовательные проекты, распределенные световые шоу.
Ключевые слова: интернет вещей, облачная платформа, распределенные системы, ESP32, звуковой сенсор, RGB-светодиоды, iocontrol.ru, MCP3221, TLC59108.
Современные цифровые технологии развиваются стремительно. Концепция «интернет вещей» проникает повсюду: в жилые комплексы, медицину, промышленность, городское хозяйство. Как отмечено в работе [1], «умные системы собирают данные и передают их в распределенную среду». Там эта информация используется для автоматического управления внешними объектами.
Обратимся к определению. Предварительный национальный стандарт [7] трактует интернет вещей как «…концепцию сети передачи данных между физическими и виртуальными объектами (вещами), оснащенными встроенными средствами и технологиями для взаимодействия друг с другом или с внешней средой с использованием ip-протокола». По сути, идея в том, чтобы объединить физические объекты в систему, обменивающуюся данными без участия человека. Устройство-источник фиксирует параметры среды, оцифровывает их и отправляет в облачную инфраструктуру. Оттуда данные становятся доступны другим устройствам или программным сервисам. Ключевой элемент – облачная платформа. В источнике [3] подчеркивается, что она «…принимает информацию от устройств-источников, обрабатывает и передает получателям, обеспечивая глобальную связность». Локальные сети, как известно, ограничены физическим пространством. Облачная же архитектура позволяет связать объекты в разных помещениях, зданиях и даже городах. Это особенно ценно, когда кабельное соединение невозможно, нецелесообразно или слишком дорого.
IP-протокол – фундамент таких решений. Именно он отвечает за адресацию, маршрутизацию и доставку пакетов между узлами сети. В обзоре Cisco [8] сказано: «IP-протокол обеспечивает масштабируемость: каждое устройство получает возможность взаимодействовать через стандартные сетевые механизмы, а не через специально организованные каналы связи». Это делает реальным построение распределенных систем, где сенсорные и исполнительные узлы находятся на любом расстоянии друг от друга. Стек TCP/IP, в свою очередь, позволяет выбирать транспортный механизм – надежную доставку или минимальные задержки – в зависимости от требований приложения.
Рассмотрим практику. При реализации распределенной подсветки крупных архитектурных объектов, а также при создании систем умного уличного освещения разработчики нередко сталкиваются с невозможностью прямого кабельного соединения компонентов [4,] [9], [10]. В таких случаях, как видно из примеров [4], облачные платформы выступают в роли промежуточного информационного слоя, обеспечивая прозрачный обмен данными. В итоге удается построить единую систему управления, несмотря на территориальную разобщенность её элементов.
Подготовка специалистов для подобных систем требует междисциплинарных знаний. В исследовании, посвященном подготовке педагогов в области технологий интернета вещей [2], авторы прямо указывают: «…экосистема интернета вещей объединяет телекоммуникационные сети, электронику (включая датчики и сенсорные системы), облачные технологии, программирование, искусственный интеллект и информационную безопасность». Модель, спроектированная для данной статьи, полностью соответствует этому набору. В ней задействованы звуковой датчик (электроника), программирование микроконтроллера, облачная платформа и сетевое взаимодействие. Значит, модель может служить наглядным учебным примером для изучения всего спектра технологий, входящих в экосистему интернета вещей.
Целью работы является разработка распределенной системы, где одно устройство (сенсорный узел) анализирует звуковой сигнал, а другое (исполнительный узел) выдает цветовую реакцию на этот сигнал, будучи связанным с первым только через интернет. Задачи исследования: определить архитектуру, выбрать компоненты, реализовать алгоритмы на микроконтроллерах и проверить взаимодействие через облачную платформу iocontrol.ru.
Предлагаемая модель включает два типа устройств: передатчик (сенсорный узел) и приемники (исполнительные узлы). Прямой физической связи между ними нет. На основе измеренных значений формируются три компоненты цвета (R, G, B), после чего данные отправляются в облачную платформу iocontrol.ru. Приемники – устройства со светодиодной матрицей. Они периодически опрашивают платформу, загружают актуальные значения R, G, B и управляют свечением RGB-светодиода. Удобство подхода в том, что количество приемников может быть неограниченным (в рамках возможностей платформы). Все исполнительные устройства обращаются к одним и тем же переменным облачного сервиса. Поэтому изменение данных на стороне передатчика автоматически приводит к синхронному обновлению состояния всех подключенных световых модулей. Что особенно важно для распределенных инсталляций и синхронных визуальных эффектов, где требуется одинаковая реакция нескольких устройств на один и тот же источник событий.
Для обмена данными с платформой iocontrol.ru используется специализированная библиотека для Arduino – iocontrol.h. Согласно документации [11], она предоставляет интерфейс для записи и чтения значений переменных, хранящихся на сервере. Процедура записи данных в облако включает инициализацию объекта mypanel с параметрами подключения (токен устройства, идентификатор панели) и вызов метода writeUpdate() для фактической отправки всех накопленных изменений на сервер. Чтение данных выполняется аналогично: метод readUpdate() получает актуальные значения всех переменных с облака, после чего они извлекаются с помощью readInt() или других методов. Такой подход позволяет реализовать асинхронный обмен данными между территориально распределенными устройствами, не требуя прямой связи между ними.
Подобная схема удобна тем, что разделяет логику локальной обработки и удаленного обмена. Устройству не нужно знать, где именно находятся другие узлы системы, – вся передача информации идет через облачный сервер. Это упрощает масштабирование, снижает зависимость от топологии сети и облегчает настройку новых устройств.
В функции loop() микроконтроллер передатчика измеряет уровень звука с помощью датчика, преобразует полученное значение в три компоненты цвета (R, G, B) и отправляет их в облако. Для примера используем следующее преобразование: красная компонента вычисляется как (adc0 – 1000) / 6, зеленая – как (adc1 – 1000) / 5, синяя – как (adc2 – 1000) / 7.
Рис. 1. Фрагмент кода устройства-передатчика с выводом отладочной информации и чтением переменных
Приемник периодически запрашивает с облачной платформы значения переменных Sound, Sound2, Sound3. Если данные обновлены, он применяет их для установки яркости соответствующих каналов драйвера TLC59108, что приводит к смене цвета свечения.
Рис. 2. Фрагмент кода устройства-приёмника с чтением данных из облачной платформы и управлением светодиодом
Частоту опроса платформы выбирают под конкретную задачу. Влияют два фактора: нужное быстродействие и допустимая нагрузка на сеть. Важно найти баланс – чтобы система реагировала быстро, но при этом обмен данными оставался стабильным.
Разработанная модель подходит для обучения. С её помощью изучают принципы интернета вещей, микроконтроллерную технику, распределённые системы управления. Как отмечают С.А. Карпов и Д.А. Ключникова [5], «…использование интернета вещей позволяет создавать умные системы любой сложности, от управления домашним микроклиматом до автоматизации производственных предприятий». В нашей конструкции наглядно видно, как физическое явление (звук) превращается в цифровые данные, уходит в облако и оттуда управляет удалённым устройством. Для проектной деятельности студентов это особенно ценно: они видят полный цикл создания решения на основе интернета вещей, причём в доступной форме.
Ещё одно достоинство модели – её универсальность. Взятый за основу подход позволяет делать не только световые инсталляции под звук, но и более сложные системы. Скажем, звуковая информация может выступать триггером для разных сценариев: изменения яркости, цветовой температуры, режимов мигания или синхронной работы нескольких групп света. В перспективе модель можно расширить – добавить анализ частотных характеристик звука, организовать обратную связь между устройствами, подключить другие облачные сервисы и пользовательские интерфейсы.
Итак, в ходе работы создана модель распределённой системы управления светом, которая реагирует на звук через интернет. Облачная платформа iocontrol.ru помогла разнести сенсорный и исполнительный узлы. Тем самым доказано: синхронизированные интерактивные системы возможны без прямой физической связи между компонентами. Предложенная архитектура – хорошая основа для более сложных проектов: интерактивных инсталляций, световых шоу с удалённым управлением, учебных кейсов по интернету вещей. Дальнейшее развитие модели может идти по пути добавления обратной связи, внедрения более сложных алгоритмов анализа звука (например, определения частоты) и интеграции с другими облачными сервисами.
Список литературы:
- Абушкин Д.Б. Умные системы и интернет вещей в образовании // Шамовские чтения: сборник статей XVII Международной научно-практической конференции : в 2 т., Москва, 25 января – 03 марта 2025 г. М.: Научная школа управления образовательными системами, 2025. С. 525-527.
- Абушкин Д.Б., Карташова Л.И., Тамошина Н.Д. Подготовка педагогов в области технологий интернета вещей // Большая конференция МГПУ: сборник тезисов: в 3 т. М. : Парадигма, 2023. Т. 1. С. 89-92.
- Гольдштейн Б.С., Кучерявый А.Е. Сети связи пост-NGN. СПб.: БХВ-Петербург, 2014. 160 с.
- Как «Лартех» внедряет систему умного освещения в Ленинградской области // РБК Компании, 2025. (дата обращения: 16.03.2026).
- Карпов С.А., Ключникова Д.А. Реализация модели автоматизированного управления освещенностью с использованием Telegram-бота // Наука в мегаполисе. КОД науки – исследования молодых ученых, 2025. №7(75). (дата обращения: 23.03.2026).
- Панкратова Л.П., Сергеев П.А., Котов М.К. Введение в «Интернет вещей»: кн. для чтения. СПб.: Медиа Группа Файн-стрит, 2022. С. 153-169.
- Предварительный национальный стандарт Российской Федерации ПНЕТ 518-021 (ИСО/МЭК 20924: 2018). Информационные технологии. Интернет вещей. Термины и определения // База ГОСТ, ГОСТ Р – национальные стандарты России. М.: Стандартинформ, 2021. (дата обращения: 16.03.2026).
- Протоколы и технологии Интернета вещей (IoT). Обзор архитектуры IP в IoT // Cisco Systems. (дата обращения: 21.05.2024).
- Реализация архитектурно-художественной подсветки комплекса «Стрелка» в Красноярске // iRidi. (дата обращения: 16.03.2026).
- «Лартех» показал решения для управления освещением на Interlight 2025 // РБК Компании, 2025. (дата обращения: 16.03.2026).
- Энциклопедия устройств МГБот. (дата обращения: 23.03.2026).
Distributed lighting control system based on sound and cloud platform
Belyaeva M.D.,
undergraduate of 1 course of the Moscow City University, Moscow
Research supervisor:
Abushkin Dmitry Borisovich,
Associate Professor, Department of Informatics, Management and Technology, Institute of Digital Education of the Moscow City University, Candidate of Pedagogical Sciences
Abstract. The paper considers the problem of synchronizing geographically distributed devices within the Internet of Things concept. A system model is proposed: a sound signal captured by one device is converted into commands for RGB LEDs of another device, and communication between them is carried out via the iocontrol.ru cloud platform. The architecture, operating algorithms, and software implementation on the ESP32 microcontroller are described, and code fragments are provided. Application areas include interactive installations, educational projects, and distributed light shows.
Keywords: Internet of Things, cloud platform, distributed systems, ESP32, sound sensor, RGB LEDs, iocontrol.ru, MCP3221, TLC59108.
References:
- Abushkin D.B. Smart systems and the Internet of things in education // Shamov readings: collection of articles of the XVII International Scientific and Practical Conference: in 2 volumes, Moscow, January 25 - March 03, 2025 Moscow: Scientific School of Educational Systems Management, 2025.: 525-527.
- Abushkin D.B., Kartashova L.I., Tamoshina N.D. Training teachers in the field of technologies of the Internet of things // Big conference of Moscow State Pedagogical University: a collection of theses: in 3 volumes. Moscow: Paradigm, 2023. Vol. 1.: 89-92.
- Goldstein B.S., Kucheryavy A.E. Post-NGN communication networks. St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2014. 160 p.
- How Lartech is introducing a smart lighting system in the Leningrad Region // RBC Company, 2025. (date of the address: 16.03.2026).
- Karpov S.A., Klyuchnikova D.A. Implementation of the model of automated lighting control using the Telegram bot // Science in a Megapolis, 2025. №7(75). (date of the address: 23.03.2026).
- Pankratova L.P., Sergeev P.A., Kotov M.K. Introduction to the Internet of Things: Prince. for reading. St. Petersburg: Fine Street Media Group, 2022.: 153-169.
- Preliminary national standard of the Russian Federation PNET 518-021 (ISO/IEC 20924:2018). Information technology. Internet of Things. Terms and definitions // GOST base, GOST R – national standards of Russia. Moscow: Standartinform, 2021. (date of the address: 16.03.2026).
- Internet of Things (IoT) protocols and technologies. Overview of IP Architecture in IoT // Cisco Systems. (date of the address: 21.05.2024).
- Implementation of architectural and artistic lighting of the Strelka complex in Krasnoyarsk // iRidi. (date of the address: 16.03.2026).
- Lartech showed lighting control solutions at Interlight 2025 // RBC Company, 2025. (date of the address: 16.03.2026).
- Encyclopedia of MGBot devices. (date of the address: 23.03.2026).