О технологии и принципах работы Умного дома на примере системы BeNext


СОДЕРЖАНИЕ:

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Глава 1. Вступление. Понятие ”Умный дом”. Принципы построения системы. Объект управления и задачи.

Эта рубрика появилась на сайте почти случайно, но я надеюсь, станет наряду с ”Уроками Ардуино” одной из самых значимых.

Дело было так. Михаил из Краснодара обратился ко мне с предложением помочь разработать систему ”Умный дом” для его коттеджа. Михаил объяснил, что преследует сразу несколько целей:

  • Научиться программировать контроллеры Ардуино, улучшить свои знания в области электроники, системотехники, алгоритмизации и т.п. Т.е. научиться разрабатывать достаточно сложные системы. У него есть опыт работы с электроникой, микроконтроллерами. Но что-то подзабыл, отсутствуют фундаментальные знания, скорее он в этой области не профессионал, а любитель. Также он хочет увлечь этой работой своего 14 летнего сына.
  • С небольшими материальными затратами получить работоспособную, адаптированную под его задачу систему.
  • Приобрести опыт в разработке систем ”Умный дом”, изучить специфику задач подобного рода.

У Михаила есть 3х этажный дом, на котором он планирует отработать и эксплуатировать систему. Он готов поэтапно устанавливать на объектах дома контроллеры, испытывать их, постепенно включать в систему.

Я подумал, что это идеальная тема для еще одной серии уроков Ардуино. Система ”Умный дом” представляет собой распределенную вычислительную систему:

  • с множеством самых разнообразных датчиков;
  • с различными типами исполнительных устройств;
  • с самыми разными регуляторами;
  • с несколькими уровнями обработки данных;
  • с различными средами передачи, в том числе и по беспроводным технологиям;
  • и т.п, всего не перечислить.

Многие особо отметили мои уроки, в которых я разрабатывал контроллер для элемента Пельтье. В этих уроках я не выдал готовый проект, а поэтапно разрабатывал устройство, поясняя каждый шаг. Проект ”Умного дома ” по-другому и не разработать. Уж очень объемная задача.

Мы с Михаилом договорились, что:

  • Он определяет техническое задание для каждого контроллера, определяет все конструктивные особенности.
  • Вместе мы разрабатываем электронные схемы узлов.
  • Михаил собирает контролеры, конструктивно доводит их до законченных устройств.
  • Резидентные программы пишем где-то вместе, где-то я один. Как пойдет.
  • Я разрабатываю тестовые программы верхнего уровня (на компьютер).
  • Михаил все это испытывает на реальных объектах.
  • Корректируем программы, если надо, и контроллер остается установленным на объекте. Таким образом, система будет постепенно разрастаться.
  • Михаил выдает мне все результаты испытаний, информацию об объектах, которыми мы управляем и все остальные материалы.
  • Я постепенно, с пояснениями выкладываю информацию на сайт.

Михаил хочет управлять всем, чем только можно управлять. Система обещает стать огромной. В будущем планируется сделать варианты с полностью беспроводной связью между контроллерами, возможны разные варианты реализации верхнего уровня. Хочется верить, что новый раздел сайта будет объемным и популярным.

Кроме уроков, обучающих материалов я надеюсь, будут разработаны полностью работоспособные контроллеры. Система ”Умный дом”, собранная на контроллерах Ардуино должна стоить очень дешево.

У меня нет опыта разработки подобных систем, но когда проект проверяется на реальном объекте, опыт приходит сам по себе.

Итак, я сформулирую цели нового раздела:

  • Обучающие статьи, уроки по:
    • разработке сложной распределенной вычислительной системы;
    • подключению различных датчиков к платам Ардуино;
    • управлению исполнительными механизмами;
    • разработке регуляторов;
    • использованию беспроводных технологий.
  • Практический опыт, связанный со спецификой разработки систем ”Умный дом”.
  • Работоспособные проекты контроллеров, из которых может быть создана система ”Умный дом”.
  • Надеюсь, в итоге получится ”народная” система «Умный дом» с крайне низкой ценой.
  • Проект будет вестись ”в реальном времени”. Возможны ошибки, доработки.

Система управления “Умный дом”.

Под ”Умным домом” понимают аппаратно-программный комплекс автоматизации и управления различным оборудованием квартиры или дома. Цель – добиться оптимального ресурсосбережения, безопасности, комфорта. Система должна распознавать ситуации, происходящие в доме и реагировать на них соответствующим образом.

Как правило, ”Умный дом” это интеграция в единую систему нескольких подсистем управления:

  • отоплением, вентиляцией, кондиционированием;
  • водоснабжением;
  • освещением;
  • электропитанием;
  • обеспечением охраны и безопасности;
  • управлением сложной бытовой техникой.

Интернет пестрит предложениями по созданию систем ”Умный дом”. Предлагаются готовые модули, из которых пользователь может сам синтезировать систему. Много предложений установки системы “под ключ”. По моим наблюдениям в результате получаются уж совсем простенькие системы, позволяющие только управлять чем-то не вставая с дивана, или цена проекта может достигать 2,5 — 3 миллиона рублей.

Основные принципы разработки системы ”Умный дом”.

Пока приходят в голову следующие принципы. Возможно, жизнь их изменит или добавит новые.

  • Мы ставим цель – разработать сложную систему из комплектующих с низкой стоимостью. Как следствие – в качестве контроллеров будем использовать платы Ардуино.
  • Система должна легко расширяться. Контроллеры будем добавлять по мере разработки. Конфигурация системы, т.е. число и типы контроллеров, может быть легко изменена на любом этапе разработки или эксплуатации.
  • Система представляет собой несколько децентрализованных подсистем, связанных в единую систему в одном узле – центральном контроллере. Т.е. система строится по принципу локальных регуляторов – контроллеров самостоятельно выполняющих задачи даже при отсутствии связи. Например, система контроля протечек воды самостоятельно перекрывает воду в случае аварии. Но управление подачей воды может происходить и от центрального контроллера.
  • Система может расширяться за счет сегментов с другими сетями, средами передачи данных, как на более низком уровне, так и на более высоком. Например, к локальному контроллеру могут быть подключены датчики или контроллеры по его собственной сети, в том числе и беспроводной. Если не ошибаюсь, такие сети называются гетерогенными. Можно к центральному контроллеру подключить компьютер. Это будет расширение системы в сторону верхнего уровня.
  • В качестве основной сети связи будем использовать RS-485. Это самый дешевый и надежный вариант организации сети.
  • В общем случае, питание локальных контроллеров будет происходить от отдельной сети напряжением 12 В. Это позволяет:
    • упростить систему – нет необходимости в отдельных блоках питания;
    • простыми способами организовать резервное питание от аккумулятора;
    • повысить надежность системы — в случае зависания какого-либо контролера, центральный контроллер может перезагрузить локальный контроллеры выключением общего питания.
  • Постановка технического задания для разработки локальных контроллеров будет происходить «по месту» их установки. Т.е. мы не будем сейчас планировать и детально расписывать, какие контроллеры необходимы, какие датчики или исполнительные механизмы к ним подключать. Когда настанет время разработки конкретного контроллера, мы посмотрим, в каком помещении он устанавливается, какие элементы к нему необходимо подключить и т.п.
  • Разработка системы будет происходить ”снизу”. В первую очередь разрабатываются локальные контроллеры. На этапе разработки в качестве центрального контроллера будет использоваться компьютер.
    • Т.е. мы разрабатываем локальный контроллер.
    • Устанавливаем его на объект. Подключаем к сети.
    • С помощью компьютера и специальной тестовой программы отлаживаем локальный контроллер.
    • Только когда будет разработано и установлено несколько локальных контроллеров имеет смысл разрабатывать центральный. Но даже в этом случае новые локальные контроллеры будут испытываться с помощью компьютера.
  • В качестве сетевого протокола будем использовать стандартный протокол ModBus RTU.
  • Конфигурация системы будет производиться с помощью компьютера или планшета.
  • И последнее правило – не иметь никаких догматических правил. Если практика покажет, что в каких-то принципах мы ошиблись, значит надо смело перечеркнуть их и взять за основу новые.

Обо всех этих принципах мы еще поговорим при разработке элементов системы.

Объект управления.

Я уже говорил, что система будет испытываться и эксплуатироваться на конкретном объекте. Это уже построенный таун-хаус (блокированной застройки) с участком прилегающей территории. Здание состоит из 3 этажей и технического прилегающего помещения. План дома выглядит так.

Предварительно Михаил поставил для системы следующие задачи и функции.

Территория.

  1. Управление светом (зональное, с опциональным автономным режимом). Применяются беспроводные модули управления светом 315MHz на которые сигнал передается по воздуху от контроллера через модули беспроводной связи.
  2. Управление поливом (зональное). Обязательный контроль влажности почвы, на основании которого может быть заблокирован полив. Для контроля используется датчик влажности почвы.
  3. Управление системой доступа (ворота, шлагбаум).
  4. Измерение погодных условий (температура и влажность).

Помещения жилые.

  1. Управление светом (по помещениям + зональное).
  2. Управление вытяжной и приточной вентиляцией (по помещениям). Работает автоматически, сравнивая температуру и влажность воздуха снаружи и внутри помещения, а также с возможностью ручного удаленного «оверрайда». Управление двигателем от релейного модуля, датчики влажности и температуры DHT-22, как в п.4
  3. Управление кондиционерами (по помещениям). Применяются ИК-излучатели.
  4. Управление системами полива комнатных растений (индивидуальное по точкам полива). Аналогично п.2, но без контроля погодных условий.
  5. Управление жалюзи, шторами и т.п. (индивидуальное). Релейные модули управления с датчиками концевых положений.
  6. Контроль температуры и влажности (по помещениям). Стандартные датчики DHT-22
  7. Контроль загазованности (утечка газа, CO2, дым) (по помещениям «риска»).
  8. Контроль присутствия человека (по контрольным помещениям).
  9. Управление силовыми розетками и потребителями (в зависимости от проекта и потребностей). Стандартные релейные модули.
  10. Управление мультимедиа устройствами.
  11. Интернет вещей (контроль состояния и управление отдельными приборами – холодильник, например).

Помещения технические

  1. Управление централизованной системой водоснабжения (включая учёт).
  2. Управление централизованной отопительной системой (включая учёт).
  3. Управление централизованным электроснабжением (включая учёт).

Схематично он изобразил задачи системы ”Умного дома” так.

Все это только предварительные требования. Функции каждого локального контроллера, а значит и всей системы, будут определяться на этапе его разработки ”по месту”. Я привел этот перечень скорее, чтобы показать масштабность проекта. Насколько я понял, Михаил придерживается принципа – система должна делать все, что можно делать.

На форуме сайта я создам раздел для обсуждения проекта. Если вопросы объемные, требуют представления схем или скетчей, просьба общаться там, а не в комментариях.

4 бытовые проблемы, которые решает система «Умный дом»

1. Слишком холодно или слишком жарко

Неуютное жильё не может считаться современным. Система «Умный дом» от Instalyator.pro позволяет задавать индивидуальные настройки температуры для каждой комнаты. Всё, что нужно сделать, — задать температуру, и система сама настроит приборы отопления и кондиционирования. Кстати, эту систему можно настроить на работу в разное время суток, что позволит создать максимально комфортную обстановку, когда в доме есть люди, и обеспечить значительную экономию — при их отсутствии. Управлять параметрами климатической системы можно с помощью специальной панели, телефона, планшета или компьютера.

2. Большие счета за воду

Система будет нагревать воду только тогда, когда это нужно, и до той температуры, которая будет одновременно обеспечивать лучший комфорт и минимальные затраты на нагрев воды. Кроме оптимизации энергозатрат, система «Умный дом» повышает комфорт, запоминая несколько сценариев температуры, которые переключаются с помощью специальной панели или с мобильного устройства.

3. Неудобное управление приборами освещения

Ещё одним достоинством систем «Умный дом» является контроль электроснабжения с помощью датчиков присутствия. Эти датчики включают свет только тогда, когда в помещении есть человек. Это экономит деньги, а также обеспечивает комфорт, так как нет необходимости взаимодействовать с выключателями, что особенно полезно в ночное время, когда приходится искать их на ощупь.

«Умный дом» не только экономит деньги и улучшает комфорт, но и повышает безопасность, защищая систему электроснабжения дома от перепадов напряжения и короткого замыкания. При возникновении поломки «Умный дом» оповестит хозяина о проблеме. Ещё одним достоинством системы является управление электроприборами с мобильных устройств.

4. Отсутствие уверенности в безопасности

Перепроверка по несколько раз всех электрических приборов и воды — это необязательно ОКР, а просто забота о безопасности своего жилья. Установка «Умного дома» поможет забыть о постоянных переживаниях о сохранности имущества. С помощью различных датчиков «Умный дом» следит за коммуникациями и внутренней безопасностью. При возникновении протечки воды система перекроет подачу, при пожаре — включит пожарную сигнализацию, а при проникновении в дом — поднимет тревогу. О каждом событии владелец будет узнавать в ту же секунду из любой точки мира, контролируя безопасность с мобильных устройств.

Проекты умного дома

Проект умного дома представляет собой комплекс электронных устройств, установленный по всему помещению, который исполняет централизованное управление инженерными системами. К инженерным системам относятся канализация, аудио- и видеотехника, газопровод и прочее техническое оснащение квартиры. В этой статье мы рассмотрим общие вопросы при создании умного дома, обзор типовых решений и примеры проектов, которые можно выполнить своими руками.

Типовая структура проекта Умного дома

Система умный дом должна базироваться на следующих принципах:

  • сбалансированное функционирование всего оборудования;
  • фиксирование всех событий с детальным отчетом и указанием рабочего прибора;
  • постоянное отслеживание работы и состояния всего оборудование;
  • незамедлительное оповещение хозяина о наступлении аварийной ситуации;
  • быстрое реагирование на событие и анализ ситуации;
  • предупреждение, предотвращение и ликвидация аварийных случаев;
  • простота и удобство управления.

Структура умного дома включает в себя климат-контроль, освещение и электричество, безопасность, систему мультимедиа, погоду и полив растений. Для реализации каждого пункта требуется свой набор датчиков и других компонентов.

В состав умного дома входят устройства, которыми нужно управлять (датчики, видеокамеры, интеллектуальные розетки), и приборы, которые производят управление (пульты ДУ, системы связи).

Система умный дом имеет свои преимущества:

  • экономия времени на настройку и проведение различных операций;
  • экономия электроэнергии, воды, газа;
  • настройка микроклимата положительно скажется на здоровье – в системе можно запрограммировать уменьшение температуры ночью, что способствует скорейшему засыпанию;
  • оповещение хозяина о наступлении какого-либо события;
  • простота управления – доступ можно осуществлять через приложения на телефоне или планшете;
  • быстрое реагирование на аварийную ситуацию и возможность ее предотвратить;
  • возможность программирования уникальных сценариев.

Умный дом не лишен недостатков. Один из основных минусов – это высокая стоимость всего оборудования, его монтажа, содержания и обслуживания. Время окупаемости может быть длительным, особенно при поломке оборудования.

Проекты умного дома своими руками

Интеллектуальную систему можно собрать своими руками. Все оборудование и программы управления можно приобрести в магазинах.

Планируя проект, нужно обратить внимание на следующие пункты:

  • Пользователь. Нужно продумать, как с системой будут обращаться обычные люди. Она должна быть простой, чтобы пользователю не пришлось долго думать, куда нажать и что сделать для совершения операции.
  • Выбор технологии. Можно сделать беспроводную, проводную или комбинированную систему. Если будет проводная или комбинированная, следует заранее продумать, где будут размещаться кабели, куда помещать элементы автоматизации и розетки. В беспроводной системе нужно решить, где закрепить датчики и приемники, куда поставить повторители сигналов.
  • Исполнитель. Кто будет заниматься организацией и поддержкой системы – сам человек или фирма.
  • Автономность. Заранее продумывается функционал и возможности интеллектуального жилища. Нужно также заранее предусмотреть работу системы при отсутствии интенет соединения.
  • Ядро, управляющее системой. Нужно решить, какое устройство будет подавать команды, принимать сигналы и анализировать полученные данные.
  • Размещение ядра комплекса. Оно должно находиться в проветриваемом помещении (например, кладовка или шкаф).
  • Расходы. Сюда относятся как финансовые, так и энергетические затраты.

Разные системы нуждаются в наличии устройства с заранее установленными программами. В качестве такого прибора может выступать компьютер, планшет или телефон.

Выполнение проекта требует понимания и знания основ работы, конфигурации, особенностей комплекса. Перед началом разрабатывается схема умного дома со всеми точками монтажа, способов объединения, контроля.

Для сборки системы можно приобрести готовый набор, в котором будет все необходимое оборудование и инструкция по сборке. Недостатки наборов из коробки – сильно завышенная стоимость, закрытые типы протоколов и систем и отсутствие возможности внесения изменений в систему. Собирая систему своими руками, можно на чем-то сэкономить, но для разработки нужно обладать серьезными знаниями и умениями в области электрики, принципов организации автоматизации, программирования. Также возникает сложность в синхронизации и объединении гаджетов от разных фирм. Придется либо выбирать продукцию от одного изготовителя, либо управлять каждым устройством отдельно.

Состав комплекса напрямую зависит от того, в каком типе помещения он используется. Для частных домов и коттеджей актуальны отопительные системы, водоснабжение, электроснабжение, работающие в автономном режиме. В квартире функции упрощаются из-за подключения к централизованным сетям – здесь достаточно своевременно включать и отключать систему. С увеличением площади и автономности жилища возрастает и количество задействованных механизмов. Чем меньше жилье зависит от централизованной системы, тем больше ресурсов нужно потратить для создания комплекса управления. Также в большом помещении потребуются проводные линии, в то время как в небольшой квартире работу можно осуществлять по радиоканалу.

Процесс монтажа системы умный дом следующий:

  • проектирование каждого участка, который будет оснащен интеллектуальными приборами;
  • анализ выбранных подсистем;
  • изучение возможности установки умных систем;
  • приобретение нужного оборудования;
  • прокладка кабелей;
  • монтаж датчиков контроля;
  • подключение и установка исполнительных компонентов;
  • подключение всех составляющих к плате процессора.

Когда монтаж заканчивается, производится тестовый пуск системы. Во время проверки проводятся различные ситуации – резкое охлаждение или перегрев помещение, срабатывание пожарных, охранных датчиков, искусственное увеличение или уменьшение освещенности. При неудаче ищется ошибка и исправляется.

Затем начинается отладка системы. Прописываются нужные сценарии, задаются основные параметры работы, выбирается способ управления.

Самый сложный этап – программирование умного дома. Если система коробочная, проблем не возникнет, так как есть программа с прописанными сценариями, которые остается только подстроить под себя. В остальных случаях придется самостоятельно разрабатывать программное обеспечение. Существуют рабочие модули, которые можно скачать в интернете, но их придется переделывать и настраивать под свое оборудование.

Рекомендуется начинать установку с самых простых функций, так как всю многоуровневую систему с первого раза спроектировать не получится. Затем можно постепенно выполнять более сложные операции.

Обдумывая возможность установки умного дома, возникает вопрос – выгодна ли такая система. Интеллектуальные технологии делают жизнь не только простой и комфортной, но и безопасной. С умным домом можно не беспокоиться о не выключенной розетке или работающей плите. Через панель управления можно прописать сценарии работы приборов и их расписание. Охранные и противопожарные системы всегда уведомят хозяина и соответствующие службы по возникновении аварийного случая. Особое внимание уделяется климатической системе. Оптимальные температуры сделают жизнь не только комфортной, но и здоровой и экономичной. Впустую тепло расходоваться не будет, что приведет к существенной экономии финансов.

ТОП 5 необычных проектов

Реализация проектов невозможна без умных устройств. Они могут выполнять не только свои классические задачи, но и делать дополнительную работу.

Домофон Belle

Умный домофон может записывать видео в формате HD 24 часа в сутки. Он ведет ночную съемку, может фиксировать посетителей и сообщать хозяевам о приходе гостей. Даже если дома никого нет, домофон передаст сообщение и покажет трансляцию происходящего в доме.

Важной отличительной особенностью прибора является возможность посетителя совершить звонок владельцам дома. Если они не смогут ответить, с посетителем пообщается встроенный голосовой помощник. Гаджет может записать видеообращение, также он запоминает частых гостей.

Зеркало Mirror

От обычных зеркал Mirror отличается встроенным в него фитнес тренером. Стоит включить прибор, и помещение становится спортивным виртуальным залом. На дисплее зеркала появляется картинка виртуального тренера, который вместе с человеком выполняет тренировку, показывает правильность выполнения упражнений и дает советы. В выключенном состоянии устройство является обычным зеркалом.

Каждый электрик должен знать:  Счётчик вторичного учёта электроэнергии

В зеркале записано более 50 видов различных спортивных упражнений. Есть программы бокса, йоги, растяжки, фитнеса. С учетом индивидуальных особенностей человека и его предпочтений подбирается оптимальная программа тренировок.

Дополнительно зеркало может следить за состоянием здоровья. Для этого гаджет синхронизируется с фитнес браслетом или другим устройством, считывает информацию и выдает полученные данные на экране.

Интеллектуальный будильник Xiao AI Smart Alarm Clock

Будильник от Xiaomi является полноценным гаджетом для сна и домашних дел. В нем установлен голосовой ассистент, но он различает только китайский язык. Помощник может оповещать о важных событиях, сообщать прогноз погоды, управлять другими бытовыми приборами. Работает прибор через приложение Mijia.

Отличительной чертой интеллектуального будильника является возможность убаюкивать человека на ночь. В памяти устройства записаны различные успокаивающие звуки, способствующие быстрому засыпанию. Чтобы разбудить хозяина, по умолчанию установлен режим нарастания громкости, чтобы пробуждение происходило плавно. Время подъема и смена режима производятся в приложении.

Перерабатывающее устройство Zera Food Recycler

Прибор для утилизации бытовых отходов делает жизнь не только комфортнее, но и безопаснее для окружающей среды. Устройство представляет собой визуально привлекательный белый контейнер размерами меньше, чем посудомоечная машина.

Принцип работы следующие – пищевые отходы укладываются в утилизатор через отверстие, которое потом закрывается крышкой. Мусор попадает в смешивающую камеру, где он перемешивается и измельчается. После этого отходы отправляются в камеру переработки, где они обрабатываются специальным составом. Эта смесь способствует быстрому разложению отходов. В итоге получается экологически чистое готовое удобрение, которое можно использовать в огороде. Полный рабочий цикл агрегат проходит за сутки.

Работает через приложение, в котором пользователь может запускать прибор, получать уведомление об окончании цикла, уточнять статус переработки.

Подобные устройства помогают разгрузить полигоны, сэкономить на транспортировке мусора и значительно улучшить экологическую ситуацию конкретного места.

Метеостанция Netatmo

Это гаджет имеет целый спектр различных задач. Он может определять качество воздуха, замерять его состав, в режиме реального времени выдавать метеорологическую сводку о состоянии окружающей среды в доме и за его пределами. В станцию встроены барометр, термометр, гигрометр. Прибор также умеет определять уровень шума.

Подключение беспроводное. В основном режиме метеостанция не взаимодействует со смартфоном или компьютером, она напрямую подключается к интернету и предает показания на сервер фирмы. Приложения получают информацию с этого сервера и выводят их на экран владельца. Есть возможность посмотреть, что показывают другие устройства рядом с пользователем.

Умный дом — что это такое простыми словами + ТОП 5 лучших систем

В последнее время все чаще можно услышать словосочетание «умный дом». Однако мало кто знает, что это такое. Между тем, концепция умного дома существенно упрощает быт и позволяет дистанционно управлять всей бытовой техникой. Давайте поговорим об этом более подробно.

Что такое «Умный дом»?

«Умный дом» — это буквальный перевод английского словосочетания «smart house». Под ним понимают способ автоматизации домашнего быта путем объединения всех электроприборов и бытовой техники в доме в одну единую экосистему. Как правило, такая экосистема имеет свой «мозг» — то есть фирменную программу, устройство или сервис, с которого осуществляется управление.

Технология smart house дает пользователю следующие возможности:

  • дистанционно из любой точки мира управлять электрикой и электроникой в своем жилище (например, находясь в отпуске или командировке в жаркую погоду сделать работу холодильника более интенсивной);
  • настроить бытовую технику таким образом, чтобы она включалась в строго определенное время (например, зажигать свет и запускать обогреватель к приходу хозяина с работы);
  • настроить бытовую технику так, чтобы она включалась при наступлении определенных обстоятельств (например, чтобы при повышении определенного порога температуры начинал работать кондиционер);
  • управлять бытовой электроникой с помощью голосовых команд;
  • с помощью голосовых команд выходить в Интернет, осуществлять серфинг по сети, проигрывать видео на домашнем телевизоре, а также выполнять другие действия, связанные с Интернетом.

Что включает в себя умный дом?

Smart house включает в себя три основных элемента. В состав входит следующее оборудование.

  • Контроллер (иногда его еще называют хабом). Это устройство, соединяющее все элементы умного дома в единое целое, оценивающее их работу и условия окружающей среды и в зависимости от такой оценки управляющее домом. Иными словами, это его «мозг».
  • Датчики. Это приборы, получающие информацию о состоянии окружающей среды и состоянии прочей бытовой техники и подающие ее на контроллер. Простейшим примером является термодатчик, включающий в зависимости от температуры в жилище обогреватель или кондиционер.
  • Актуаторы. Актуаторами называют устройства, непосредственно исполняющие команды, поступающие с контроллера. Простейшим примером актуатора может послужить электрическое реле, включающее свет в строго установленное время.
  • Бытовая техника. Вся бытовая электроника и электрика, имеющаяся в квартире, также является неотъемлемой частью smart house, потому что принцип умного дома направлен как раз на продуманную организацию ее работы и автоматизацию происходящих в ходе этого процессов.

Также умные дома могут включать в себя элементы безопасности, такие, как:

  • сигнализации;
  • датчики движения;
  • датчики открывания дверей;
  • датчики горения;
  • видеонаблюдение.

Популярные комплекты умного дома


Рассмотрим наиболее популярные системы смарт хаус, которые можно без особых проблем подключить в своем жилище, оптимальные для новичков.

Стартовый комплект FIBARO Starter Kit

Стартовый комплект FIBARO Starter Kit представляет собой базовый набор для создания умного дома. Он включает в себя следующие элементы:

  • контроллер Fibaro home center lite;
  • модуль беспроводного управления бытовой электроникой и электрикой, включающийся в розетку;
  • датчики температуры окружающего воздуха;
  • датчик протечки и влажности;
  • датчик возгорания и дыма;
  • датчик движения.

Все модули связаны с контроллером посредством радиосигнала определенной частоты. Бытовая техника подключается к нему с помощью встроенных протоколов беспроводной связи Wi-Fi или Bluetooth.

Следует отметить, что собственного интерфейса или каких-либо органов управления (за исключением кнопки включения подачи питания). Управление устройством осуществляется посредством смартфона с помощью установленной на него мобильной программы. Приложение поддерживается как операционной системой Андроид, так и «яблочной» осью. Скачать его можно в официальных магазинах программ Google и Apple. Скачивание совершенно бесплатно.

Хаб поддерживает стандарт сотовой связи GSM, поэтому его можно использовать для телефонных звонков и отправки СМС-сообщений.

Предусмотрена возможность удаленного управления домом из любой точки мира. Такое управление полностью безопасно, поскольку для передачи данных используются особые протоколы шифрования информации. Они исключают любые попытки перехвата сигнала и подключения к вашему хабу.

Стоимость базового набора от FIBARO в России составляет от 45 000 до 47 000 рублей. Если покупать только контроллер, он обойдется приблизительно в 30 000 рублей. Дополнительные аксессуары для FIBARO можно заказать с Aliexpress (в частности, там доступны некоторые датчики и органы управления). Там они стоят гораздо дешевле, чем в российских розничных сетях и даже дешевле, чем на официальном сайте представительства компании в нашей стране.

Собрать комплект от FIBARO можно и самостоятельно, без привлечения специалистов. Схема подключения оборудования достаточно проста и доступна даже человеку, не имеющему профессиональных знаний и навыков.

Набор Умный дом GAL SH-1000, «Стартовый набор»

Набор Умный дом GAL SH-1000, «Стартовый набор» — это простейший комплект smart house в бюджетном ценовом сегменте (она стоит от 3 000 до 5 500 рублей). Вполне понятно, что от системы, обладающей такой стоимостью, не стоит ждать заоблачных характеристик. По сути, GAL SH-1000 и не является умным домом, это скорее своеобразная автоматизированная система безопасности, сообщающая о проникновении посторонних лиц в ваше жилище или гараж, залитии потолка от соседей, а также о внезапном отключении подачи электроэнергии.

GAL SH-1000 включает в себя:

  • контроллер;
  • сетевой блок питания на 12 Вольт;
  • радиочастотный пульт дистанционного управления;
  • датчик открывания дверей;
  • датчик протечки.
  • дверной – на дверях;
  • протечки – около водопроводного оборудования (в общих случаях) или на потолке (при риске залития от соседей).

Возможно приобретение и установка ряда дополнительных датчиков (например, датчика движения).

Устройство поддерживает стандарт мобильной связи GSM, а также стандарт передачи данных 2G. Это позволяет осуществлять с его помощью звонки, а также выходить в интернет.

Управлять бытовой электроникой и домашней электрикой с помощью GAL SH-1000 нельзя. Главная задача набора – дистанционное предупреждение хозяина о неприятностях. Происходит оно путем рассылки push-уведомлений на сотовый телефон. Подключить можно до четырех разных номеров. Это очень удобно для семьи и нескольких человек, поскольку может сообщить о произошедших в квартире неприятностях каждому из них.

Управление осуществляется двумя способами.

  • С помощью идущего в комплекте поставки радиочастотного пульта дистанционного управления. Этот способ хорош тем, что не расходует заряд аккумулятора и ресурсы телефона. Однако он имеет один существенный недостаток – использовать его можно не далее, чем 250 – 300 метров от дома. На большем расстоянии до контроллера не доходит сигнал пульта.
  • С помощью мобильного приложения. Управлять системой можно и с помощью приложения для сотового телефона. Тут уже никаких ограничений по расстоянию нет – управление доступно из любой точки мира, где есть интернет. Для управления контроллером с помощью мобильного телефона на него предварительно нужно установить специальное приложение. Оно поддерживается как Andro >

Датчики подключаются к контроллеру также с помощью радиосигнала с частотой 433 Мгц. Однако возможно и проводное подключение. Оно более надежно, поскольку на него не оказывают негативного влияния различные радиопомехи. Со стороны контроллера провода подключаются самым обычным способом. А вот подключение к датчикам защищено от попадания на контакты влаги и пыли. Такая защита сделана неспроста: датчики залития находятся в непосредственной близости от воды, а датчик открывания дверей может быть размещен с уличной стороны дверного проема.

Всего поддерживается восемь зон обслуживания. Иными словами, датчики можно установить в восьми различных местах. При этом по беспроводной связи к контроллеру можно подключить не более шести. Оставшиеся два – только по проводам.

GAL SH-1000 подойдет тем, кто заботится о безопасности своего жилища, а также людям, которые хотят попробовать систему умного дома и понять, нужен он им или нет. Благодаря невысокой цене комплекта такое опробование по карману каждому.

Смонтировать систему не сложно, поэтому с ее установкой и подключением справится даже непрофессионал.

Умный дом Rubetek Evo набор «Дом»

Набор «Дом» от компании Rubetek Evo – это простенькая система умного дома. В целом она обладает теми же характеристиками, что и GAL SH-1000 и включает в себя:

  • датчик открывания окон и дверей;
  • датчик дыма.

Однако появились две дополнительные функции:

  • подача электрического тока на те или иные бытовые электроприборы в заранее заданное время;
  • автоматическое дистанционное включение света.

Правда, эти функции имеют некоторые ограничения: в первом случае можно подключить только один электроприбор, во втором – настроить выключение и включение света только в одной комнате.

Дистанционное управление с помощью смартфона или радиопульта не предусмотрено. Оно осуществляется с помощью домашнего компьютера по протоколу Wi-Fi. Разумеется, для этого к компьютеру обязательно должен быть подключен Wi-Fi роутер. После подключения к нему системы можно войти в ее меню и выставить все необходимые настройки. Кроме того, доступно подключение к локальной домашней сети с помощью стандартного кабеля LAN. Для этого к хабе имеется соответствующий разъем. Такое решение, исключающее дистанционное управление, не очень удобно, так как по сути крепко связывает систему с домашним ПК, делая возможной ее настройку только с него.

Система проста в сборке, поэтому ее монтаж в квартире или частном доме доступен каждому, кто имеет хотя бы минимальные познания в электронике.

Средняя стоимость набора Rubetek Evo в российских розничных сетях составляет 12 000 рублей.

Комплект умного дома Xiaomi Smart Home 2 Full Kit

Комплект Xiaomi Smart Home 2 Full Kit – система, созданная известной китайской корпорацией по производству мобильных телефонов. Он представляет собой полноценный дом, а не систему безопасности для квартиры, поскольку способен подключаться к большинству бытовой техники и управлять ей. Единственным условием такого подключение является наличие у электроники Bluetooth или Wi-Fi модуля. Кроме того, система с помощью так называемой «умной» розетки позволяет подавать электропитание на те или иные приборы в строго установленное время или при соблюдении определенных условий (например, включать свет после 19-00, а обогреватель – при падении температуры до +16 градусов Цельсия).

В комплект Xiaomi Smart Home 2 Full Kit входят:

  • контроллер;
  • датчики движения и открытия дверей;
  • датчик температуры;
  • модуль беспроводного подключения бытовой техники;
  • «умная» розетка».

Управлять Xiaomi Smart Home 2 Full Kit можно с помощью смартфона. Для этого на него потребуется установить специальное приложение, которое поддерживается как Андроид, так и iOS. Скачивание программы совершенно бесплатно. Ее можно установить в официальных магазинах мобильных операционных систем.

Главный минус заключается в том, что она питается не от бытовой электросети, а от встроенного аккумулятора на 150 мА/ч. Несмотря на то, что заряда батареи хватает почти на неделю, необходимость подзарядки все-таки является недостатком. С другой стороны, в сельской местности, где нередки отключения электроэнергии, наличие автономной системы питания будет скорее преимуществом, так не парализует функционирование умного дома.

Базовый комплект Xiaomi Smart Home 2 Full Kit стоит от 4 000 до 5 000 рублей. Однако его можно расширив, приобретя дополнительные датчики (например, влажности) или интерфейсы (например, термометр с жидкокристаллическим дисплеем). Цена аксессуаров колеблется в пределах от 1 000 до 3 000 рублей. Если подходить к оборудованию своего дома серьезно и приобретать большую часть датчиков, полная стоимость системы составит от 15 000 до 20 000 рублей.

Монтаж умного дома от Сяоми достаточно прост и не требует каких-то особых навыков, поэтому его вполне можно построить своими руками.

«Умный дом» Ростелеком Расширенный комплект Безопасность

«Умный дом» Ростелеком Расширенный комплект Безопасность – это система smart house от отечественной коммуникационной компании. Возможности управления электроприборами базовый комплект системы не имеет. Однако ее можно получить путем покупки дополнительных аксессуаров (например, умной розетки).

Изначально у Ростелекома в приоритете безопасность, поэтому в комплект «Умного дома» входят следующие датчики:

Возможно подключение системы видеонаблюдения. Также присутствует функция подачи электропитания на розетки или выключатели в строго определенное время или после выполнения определенных условий.

Управляется система с помощью смартфона или планшета. Для этого на девайсы необходимо установить специальное мобильное приложение. Оно поддерживается как на Android, так и на iOS.

Поддерживается протокол беспроводной связи Wi-Fi. С его помощью можно получать интернет (при условии подключения системы к сети), а также управлять комплексом.

Средняя стоимость умного дома от Ростелеком находится в пределах от 13 000 до 15 000 рублей.

Установить систему в квартире можно и самостоятельно.

Какими будут умные дома в будущем?

В целом тенденция умных домов уже оформилась, поэтому мы можем уверенно делать прогнозы о том, какими будут эти системы в дальнейшем. Скорее всего, умные дома уже через семь – десять лет:

  • получат полностью голосовое управление на наиболее распространенных языках;
  • будут управлять электропитанием во всем доме;
  • будут регулировать отопление и подачу воды;
  • включат в себя абсолютно всю имеющуюся в доме бытовую электронику;
  • будут выполнять большую часть охранных функций (в том числе видеонаблюдение);
  • заменят собой домашний персональный компьютер, слившись с ним в единое целое.

Заключение

Умный дом – уже наступившая реальность. Комплексы smart house позволяют управлять электропитанием и бытовой техникой в квартире, выполняют функции систем охраны. При этом приобрести их можно по относительно невысокой цене.

Разработка системы «Управление умным домом»

Анализ технологий «умного дома», их базовые понятия. Описание технологического процесса и модель автоматизации. Разработка системы управления зданием. Анализ программного обеспечения. Технология производства программного продукта, разработка бизнес-плана.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 06.04.2015
Размер файла 1,8 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

    Введение
  • 1. Анализ технологий «умного дома»
  • 1.1 Базовые понятия «умного дома»
  • 1.2 Протоколы передачи для автоматизации зданий
  • 1.3 Описание технологического процесса и модель автоматизации
  • 2. Разработка системы управления зданием
  • 2.1 Анализ и выбор контроллера
  • 2.2 Выбор модулей ввода-вывода
  • 2.3 Разработка микропроцессорной сети
  • 3. Детальная разработка систем автоматизации
  • 3.1 Анализ программного обеспечения для работы с контроллером
  • 3.2 Система обогрева помещений
  • 3.3 Система вентиляции
  • 3.4 Система управления освещением и ландшафтным отоплением
  • 3.5 Система мониторинга
  • 3.6 Разработка человеко-машинного интерфейса
  • 4. Технология производства программного продукта
  • 4.1 Проектирование модели жизненного цикла системы
  • 4.2 Технология отладки и тестирования системы
  • 4.2.1Отладка системы
  • 4.2.2 Тестирование системы
  • 5. Бизнес-план разработки микропроцессорной системы автоматизация здания
  • 5.1 Резюме
  • 5.2 Научно-технический раздел
  • 5.3 Анализ положения дел в отрасли
  • 5.4 Суть разрабатываемого проекта
  • 5.4.1 Назначение
  • 5.4.2 Преимущества перед аналогами
  • 5.5 План маркетинга
  • 5.5.1Описание товара
  • 5.5.2 Анализ рынка сбыта
  • 5.6 Производственный план
  • 5.6.1 Место разработки
  • 5.6.2 Перечень технологических процессов и необходимого оборудования
  • 5.7 Финансовый план
  • 5.7.1 План разработки программного обеспечения
  • 5.7.2 Определение себестоимости разработки программного обеспечения
  • 5.7.3 Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта
  • 5.7.3.1 Критерии эффективности коммерческих инвестиций
  • 5.7.3.2 Расчёт экономической эффективности инвестиционного проекта
  • Заключение

Введение

В ряде исследований последних лет показана устойчивая тенденция к возрастанию доли стоимости и объема инженерных систем и систем автоматизации в общей стоимости строительных объектов. Развитие этой тенденции к настоящему моменту привело к качественному изменению места и роли систем автоматизации и управления зданиями с одной стороны и концепции взаимной увязки инженерного оборудования объектов и организационно-технических решений по эксплуатации с использованием систем автоматизации и управления зданиями с другой стороны.

В то же время, системы автоматизации и управления зданиями формируют базу для создания новых сервисов для пользователей в рамках объекта. Это находит выражение в повышении потребительской привлекательности интеллектуальных зданий, выражающейся, в частности, в снижении страховых рисков за счет повышения устойчивости интеллектуальных зданий к различным дестабилизирующим факторам и снижении расходов на эксплуатацию, т.е. в повышении эффективности интеллектуальных зданий по сравнению с традиционными решениями.

Дешевая рабочая сила и энергоносители замедляют продвижение технологий автоматизаций зданий на российский рынок, однако конкуренция на рынке недвижимости делает их все более востребованными.

Вместе с тем, экономический рост последних лет, ведет от избытка электроэнергии в прошлом к ее дефициту в будущем, что, в свою очередь, создает предпосылки более широкого внедрения энергосберегающих технологий и алгоритмов управления, которые, в первую очередь, обеспечиваются системами автоматизации зданий.

программный продукт умный дом

Целью работы является создание микропроцессорной системы управления зданием, внедрение которой даст возможность управлять работой ее объектов (освещением, электроснабжением, вентиляцией, отоплением) в автоматическом режиме.

Основные задачи разработки системы: анализ существующих методов построения системы автоматического управления зданием, выбор наиболее подходящей аппаратной базы, выбор средств разработки программного обеспечения для контроллера и человеко-машинного интерфейса, разработка алгоритмов управления работой объекта и реализация этих алгоритмов в программном обеспечении для контроллера и человеко-машинного интерфейса.

1. Анализ технологий «умного дома»

Для того чтобы понять, как сильно изменились возможности в области автоматизации за последние годы и как они еще поменяются, важно осознать значение некоторых технологических прорывов, которые произошли за последние годы. Разработчики не стоят на месте. Предсказать, как далеко они уйдут вперед всего через несколько лет, можно только, бросив взгляд назад.

После завершения эры мэйнфрэймов, широкое развитие получили сети миникомпьютеров, а затем, дешевых персональных ЭВМ, способных, тем не менее, решать достаточно сложные профессиональные задачи. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Объединенные в сети, подобные устройства находят все более широкое применение в системах автоматики различного назначения.

Правда, на пути технического прогресса оказалось немало серьезных препятствий. Мало того, что системы автоматики различного назначения были автономны, но и сходные по управляющим функциям системы различных производителей были, как правило, несовместимы между собой. Фирмы-разработчики использовали свои закрытые коммуникационные протоколы и не предусматривали интерфейсов для взаимодействия с системами других производителей. Являясь собственностью отдельных компаний, соответствующие продукты и технологии автоматизации с трудом поддавались интеграции друг с другом. Для решения этой проблемы требовались дорогостоящие технические решения, связанные с написанием нового программного обеспечения, изменения топологии сети и закупки дополнительных компонентов.

Таким образом, в определенный момент на рынке сложились объективные предпосылки для успешного внедрения новых подходов в области автоматизации.

В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении.

Как комплексное решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно. Бурно развивающаяся информатика позволила форсировать эти работы, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства.

Поскольку развитие данного направления представлялась более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея «умного дома». Типичный пример такого здания показан на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — «Умный дом»

«Умный дом» — это комплекс электроники, которая работает внутри или снаружи дома и выполняет централизованное управление всеми (или почти всеми) инженерными системами. Под инженерными системами понимается всё техническое оборудование дома (от канализации до аудио-видео техники). Идея «умного дома» состоит в том, что единый комплекс электроники согласованно управляет работой всего инженерного обеспечения дома. [2]

Очень важно, чтобы алгоритмы взаимодействия подсистем в доме были гибкими, и могли приспосабливаться под изменяющиеся нужды владельца дома. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Самая главная аксиома «умного дома» состоит в том, что система управления и её инженерные подсистемы должны быть построены по блочному принципу. Это означает, что каждая подсистема должна уметь работать автономно, чтобы её работу можно было отладить и обслуживать, отключив оборудование от центрального управления.

«Умный дом» имеет ряд преимуществ: позволяет экономить до 10-18% электроэнергии, повышать комфорт и безопасность и т.д.

Принцип работы «умного» дома заключается в центральном компьютере, принимающем сигналы от командных устройств, затем эти сигналы передаются исполнительным системам. Управление различными устройствами осуществляется простейшей системой автоматики.

Впервые задача по созданию «умного дома» была решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России. Впрочем, Х10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием. Для создания «интеллектуального дома» этого явно недостаточно. Аудио — и видеотехника требуют как минимум команд смены каналов, изменения громкости, перемотки и управления воспроизведением; а ведь требуется управлять еще системой HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха). В поисках решений этой проблемы различными компаниями предпринимались попытки к разработкам новых протоколов передачи данных.

1.2 Протоколы передачи для автоматизации зданий

В системах автоматизации ошибка в передаваемых от контроллера или к нему данных означает сбой исполнительного механизма. Стоимость такой ошибки может быть очень велика. Поэтому краеугольными требованиями, предъявляемыми к протоколу передачи данных, является надежность протокола, его устойчивость к ошибкам и возможным обрывам линии. В таблице 1.1 приведены возможные варианты инженерных решений этой задачи.

Таблица 1.1 — Варианты решений, применяемые для повышения устойчивости протоколов передачи данных к ошибкам

Задача, решаемая системой передачи данных

Надежная передача сообщений, контроль целостности

В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении.

Защита от сбоев

Избыточность посредством дублирования узлов, линий, сетей.

Кольцевая топология, позволяющая сохранить связь при локализованном обрыве.

Изоляция сбойных участков и восстановление.

Автоматическая идентификация сбойного узла.

Дистанционное управление посредством удаленных команд процессом изоляции и отключения сбойных узлов.

Системы контроля и управления зданий подвергаются расширению несколько раз в течение жизненного цикла. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Как правило, если предприятие осваивает новую продукцию или расширяет производство, существующие датчики либо заменяются, либо дополняются более точными. При этом, протягивая линии связи к новым контроллерам или интеллектуальным адресным датчикам, зачастую приходится сталкиваться с жесткими требованиями топологии используемого протокола. Поэтому в данном случае, идеальным будет протокол, имеющий минимальные требования к топологии линий. Такой протокол принято называть протоколом со свободной топологией. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Эти процедуры должны быть определены недвусмысленно, ясно и четко и быть безошибочно реализованы так, чтобы всевозможные узлы и контроллеры могли взаимодействовать между собой. [4]

Основными доступными сейчас и в будущем вариантами протоколов являются:

Решения, основанные на CAN, такие как CAN автоматизация,

DeviceNet, J1850 и SDS;

Шины простых сенсоров Seriplex и Bitbus;

Промышленная шина EtherCat;

Естественно существуют и другие схемы, предназначенные для решения специфических задач. Компании, разработчики протоколов, не предполагали продавать их третьим организациям, а планировали использовать их в своей работе. В таблице 1.2 сведены несколько характеристик вышеприведенных протоколов.

Таблица 1.2 — Основные характеристики протоколов передачи

Дискретная автоматизация (SDS, DeviceNet)

Поддерживаемые среды передачи

Витая пара (SDS, DeviceNet)

Альтернативные решения на основе оптоволокна для сетей CAN

Силовые электрические линии (FCC)

Витая пара со свободной топологией

Линии электропитания (решение, совместимое со стандартами FCC и CENELEC)

RF (несколько диапазонов)

Скорость передачи данных

500 Kbps (DeviceNet)

Максимальное адресное пространство

65535 узлов в сети

248 доменов, 32000 узлов в домене

Поддержка маршрутизаторов сетевого уровня

На уровне проложения

Промышленная шина EtherCAT разработана немецкой фирмой Beckhoff. EtherCAT — это Ethernet-решение для автоматизации, которое отличается высокой производительностью и простотой использования. С помощью EtherCAT можно дополнить Ethernet-топологию типа «звезда» простой линейной структурой. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. [3]

С позиции Ethernet шина EtherCAT является ни чем иным, как самостоятельным большим пользователем Ethernet. Этот «пользователь» принимает и посылает Ethernet-пакеты. Но внутри «пользователя» нет никакого Ethernet-контроллера с подсоединенным процессором. Вместо этого там находится множество подчиненных EtherCAT компонентов системы. Они обрабатывают поступающий поток пакетов и вынимают из них необходимые данные или, говоря другими словами, они обрабатывают и передают пакет дальше следующему подчиненному компоненту EtherCAT. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Достоинством шины EtherCAT является короткое время цикла и высокая скорость осуществления передачи. EtherCAT может в 30 мс опрашивать 1000 устройств ввода-вывода с любым цифровым распределением, при этом считывая и записывая с полным дублированием. Для передачи 200 аналоговых значений необходимо 50 мс. EtherCAT поддерживает почти любую сетевую топологию. При использовании кабеля UTP максимальное расстояние между двумя пользователями может достигать 100 м. Количество узлов в сети практически неограниченно, так как их число может доходить до 65535.

С точки зрения аппаратного обеспечения технология EtherCAT находит применение в модулях ввода-вывода. В отличие от контроллеров ввода-вывода, у которых отличается внешний и внутренний протокол обмена, протокол EtherCAT полностью сохраняется вплоть до отдельного модуля ввода-вывода.

Следующий протокол передачи для управления системами «умного дома — это протокол X 10. Торговая марка Х-10 принадлежит американской корпорации, расположенной в Сиэтле. За годы существования технологии (с 1978 года) продано уже более 100 миллионов устройств. И популярность систем Х-10 продолжает нарастать.

X-10 это протокол передачи управляющих сигналов по проводам силовой сети (220В, 50Гц) внутри дома. Формат кода был впервые представлен в 1978 для Sears Home Control System and the Radio Shack Plug ‘n Power System. С тех пор многие компании, включая такие как Leviton Manufacturing Co., General Electric, C & K Systems, Schlage Lock Co., Stanley and Heath/Zenith Co развили и воспроизвели стандарт X-10 в своих изделиях, предназначенных для систем управления домом. Система Х-10 получила широкое распространение во многих развитых странах.

Большое преимущество Х-10 состоит в том, что любой модуль начинает работать сразу после установки. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Потребности, вкусы и интересы обитателей любого дома со временем меняются. Технология X-10 позволяет создавать системы управления домом, которые несложно перестраивать и развивать в соответствии с меняющимися запросами Несмотря на то, что у X10 существует множество конкурентов и она имеет свои недостатки, на сегодня это едва ли не самая популярная технология автоматизации домов и квартир. Поскольку для внедрения и возможной последующей модернизации практически не требует прокладки дополнительных сетевых проводов. При переезде на новое место жительства систему можно забрать с собой.

На рисунке 1.3 изображена система EIB, которая также предназначена для создания микропроцессорной сети «умного дома». Она устанавливается как в больших зданиях (банки, больницы, школы, производство), так и в частных коттеджах и квартирах. Система управляет всем комплексом электрики. [4]


1-3 — датчики (освещённости, температуры, движения, дыма);

4 — устройства мониторинга и контроля; 5-8 — исполнительные устройства (освещение, кондиционеры, приводы ворот, жалюзи);

9 — управляющий элемент

Рисунок 1.3 — Пример системы EIB

EIB протокол поддерживает обмен по витой паре (Twisted Pair), непосредственно по силовой линии (Power Line), по радиочастоте (Radio Frequency), по ИК-каналу (Infra-Red). [12] В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении.

Выбор протоколов для системы «умный дом» во многом зависит от свойств технологического процесса, имеющегося инженерного оборудования, которое является объектом автоматизации и типа применяемых ПЛК.

1.3 Описание технологического процесса и модель автоматизации

Значение применения технологии «Умный дом» для развития жилищно-коммунального хозяйства региона

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 02.05.2020 2020-05-02

Статья просмотрена: 233 раза

Библиографическое описание:

Акулинушкина Т. Е. Значение применения технологии «Умный дом» для развития жилищно-коммунального хозяйства региона // Молодой ученый. — 2020. — №18. — С. 105-109. — URL https://moluch.ru/archive/256/58586/ (дата обращения: 23.11.2020).

В статье проведен анализ технологии «Умный дом». Показаны преимущества и специфика этой технологии. В статье рассмотрена история развития технологии, её текущее состояние и перспективы. Также описаны проекты, в которых реализуется технология «Умный дом».

Ключевые слова: технология, «умный дом», жилищно-коммунальное хозяйство, строительство, жилье.

The article analyzes the technology of «smart home». The advantages and specificity of this technology are shown. The article describes the history of the development of technology, its current state and prospects. Also described are projects in which the Smart Home technology is implemented.

«Умный дом» — автоматическая система, осуществляющая контроль и управление всеми инженерными сетями дома или квартиры (электроэнергия, отопление, вентиляция и кондиционирование, водоснабжение, охрана), а помимо этого она экономит время и деньги. Основной целью домашней автоматизации является, прежде всего, энергосбережение. Ведь подобные технологии позволяют существенно экономить электричество и воду — основные ресурсы необходимые для функционирования современного человеческого жилища. Дополнительный комфорт, хоть и важен, но все же уступает экономии ресурсов.

Оснащенное интеллектуальной системой управления жилье обладает многочисленными преимуществами, которые приведены в таблице 1.

Функции «Умного дома»

— плавная регулировка освещённости до комфортного уровня;

— контроль освещения во всей квартире/доме с помощью пульта ДУ или переносной сенсорной панели;

— автоматическое включение/выключение света в нужных местах и др.

— автоматическое поддержание комфортной температуры, влажности и чистоты воздуха;

— система учитывает время года, температуру за окном, реагирует на климатические изменения.

— надёжная защита от проникновения в дом посторонних;

— автоматическое предотвращение аварийных ситуаций, таких как утечка газа, протечка воды, задымление или возгорание;

— контроль угарного газа в помещениях с камином или печью;

— контроль высоковольтного напряжения и максимальной нагрузки;

— информирование хозяев об аварийных ситуациях по телефону или через Интернет.

Связь и интернет

— мгновенное информирование хозяев, находящихся в любой точке планеты, о любых событиях, происходящих в доме.

— домашние кинотеатры и аудиосистемы любой сложности.

Концепция любого «умного дома» базируется на трёх основных моментах:

− обеспечение эффективности ресурсопотребления.

Основные функции «Умного дома» приведены на рисунке 1. Как мы видим, освещением, отоплением, работой различных электроприборов, управляет автоматика.

Система «Умный дом» обычно подключает управляемые устройства к центральному концентратору или «шлюзу». Пользовательский интерфейс для управления системой может использоваться через настенные терминалы, планшеты или настольные компьютеры, приложения телефона; может использоваться и веб-интерфейс, который доступен через Интернет.

Рис. 1. Функции «Умного дома»

Частью концепции «Умный дом» являются так называемые интернет-вещи (Internet of Things, IoT), которые можно определить, как устройства, способные подключаться к Интернету, как правило, через Wi-Fi-точку, дистанционно управляться и выполнять автономно свои функции, получая распоряжения от пользователя, по сути, из любой точки мира. Кроме того, данные устройства при желании пользователя могут быть синхронизированы и выполнять различные задачи одновременно, или же одно устройство может посылать другому сигнал об окончании своей работы, и тогда второе устройство «узнает» что ему можно начинать осуществлять свои функции.

Приведем пример, что могут делать интернет-вещи: Wi-Fi-лампочки позволяют выключать свет, настраивать яркость и заранее устанавливать время, когда нужно включиться, умная расческа следит за состоянием волос и «слушает» звук расчесываемых волос, после чего передает информацию и рекомендации от специалистов на телефон, через Wi-Fi стало возможно управлять умной ванной. Кроме того, существуют устройства, которые соприкасаются с человеком напрямую, например, фитнес-трекеры, передающие информацию о частоте сердечного ритма, фазах сна, идут разработки умной одежды, конечно, с подключением к Интернету, создается «гибкая электроника», которая будет в онлайн-режиме следить за состоянием здоровья человека, а умный матрас проследит за фазами сна.

Таким образом, главной особенностью «Умного дома» является объединение отдельных систем в один управляемый комплекс, включающий в себя: систему электропитания, водоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования, видеонаблюдения, охраны и пожарной сигнализации, GSM / IP — мониторинг объекта, управление системами автоматизации и всеми приводами механизмов.

Достигаемые экономические выгоды, получаемые при использовании систем «Умный дом» можно разделить на две части: экономия денежных средств и экономия времени. Рассмотрим каждую из них.

Экономия времени достигается путем использования различных сценариев, которые представляют собой запрограммированную последовательность действий различных систем.

− сценарий «Выключить всё» — перед уходом выключит всё освещение и электроприборы, а также обесточит розетки, за исключением необходимых.

− сценарий «Я дома» — человек может запустить с помощью смс-сообщения, подъезжая к дому. В результате в доме к моменту приезда будет включено базовое освещение, обеспечен необходимый температурный режим, может быть подготовлена горячая ванна и так далее.

Экономия денежных средств в основном достигается за счет сокращения затрат на электроэнергию, холодное и горячее водоснабжение что, при регулярно растущих тарифах приносит достаточно ощутимый эффект.

Рассмотрим на рис. 2 влияние применения одного из элементов системы «Умный дом» общедомовых приборов учета (ОДПУ) и систем автоматического регулирования на сети отопления и ГВС дома. Данные взяты из ТСЖ г. Самара, ул. Дачная, 28 за период с 30.06.2020 по 30.06.2020.

Рис. 2. Анализ применения общедомовых приборов учета (ОДПУ) и систем автоматического регулирования

На основании данных ОДПУ фактическое потребление за указанный период составило:

  1. ХВС (включая ХВС на ГВС при закрытой схеме ГВС) = 45607м 3 -21019м 3 = 24588м 3 , в т. ч. ХВС на ГВС 62128м 3– 53822м 3 = 8306м 3
  2. ГВС по открытой схеме ГВС (на основании тепловых отчетов узла учета теплоэнергии и теплоносителя) = 2519м 3

Т. е., собственники потребили фактически за указанный период:

ХВС: 24588м 3– 8306м 3 = 17182м 3

ГВС: 8306м 3 + 2519м 3 = 10825м 3 .

В случае отсутствия ОДПУ объем водопотребления, предъявленный к начислению, рассчитывался бы исходя из количества собственников, проживающих в доме, 344 чел. и составил бы:

ХВС: 344*7,5*12=30960м 3

ГВС: 344*3,6*12=14860,8м 3

По фактическим затратам, на основании показателей ОДПУ, по факту потреблено теплоэнергии для нужд отопления и ГВС, с учетом наличия систем автоматического регулирования на сети отопления и на сети ГВС дома — 1666 Гкалл.

При отсутствии ОДПУ, предъявленный к оплате объем составил бы с учетом общей площади помещений дома = 11266,5м 2 ,

11266,5м 2 * 0,018Гкал/м 2 + 344*0,22Гкал/чел * 12 мес. = 3341,724Гкалл.

Экономия на оплате составляет:

Как видно из приведенных примеров, даже отдельные элементы системы «Умный дом» обеспечивают значимые выигрыши в ресурсах и времени.

Однако отсутствие производства и востребованности технологий «Умного дома» у широкого круга девелоперов в России привела к тому, что цена на них высока. Поэтому позволить их себе могут не все проекты. Кроме того, сложность применения инновационных технологий состоит не только в дороговизне, но и в существующих нормах строительства, которые не предусматривают их использование. Тем не менее, отдельные примеры «умных» новостроек в России присутствуют.

В 2009 году в рамках проекта «Цифровой район Жулебино» на юго-востоке столицы построен первый «Умный дом», в котором практически всеми системами управляет компьютер.

Другим столичным проектом, где нашли применение элементы интеллектуальных технологий, является ЖК «Царицыно». В жилых домах установлена система АСКУЭ, которая накапливает информацию со счетчиков и с определенной периодичностью автоматически передает ее в единый диспетчерский центр. Таким образом, каждый житель в режиме онлайн может узнать, сколько он расходует электричества и воды.

В московском микрорайоне «Молжаниново» дома оснащаются индивидуальными пунктами учета и регулирования тепла. Эти системы позволяют нормализовать режим отопления дома, установить оптимальную температуру в квартирах, экономят тепловую энергию, предоставляют возможность жильцам оплачивать отопление в зависимости от фактического потребления, повышают аварийную устойчивость каждого объекта.

В одном из домов микрорайона «Красногорье» установлена автоматическая телеметрическая система учета потребления тепла и воды, которая представляет собой онлайн-систему мониторинга в режиме реального времени.

Также «Умным домом» можно назвать московский ЖК «Дом на Бурденко» в Хамовниках. Управление деятельностью ЖК осуществляется с помощью специальной программы «Умный дом». Система позволяет осуществлять многозонный климат-контроль, управлять освещением по световому сценарию, поддерживать автоматические алгоритмы, дистанционно управлять бытовой техникой с инфракрасным или интернет-входом, электроприводами жалюзи, штор, контролировать защиту от пожара, вторжения, протечек, установить видеоконтроль за детской площадкой, паркингом, холлом.

В регионах особенный интерес вызывает экспериментальный дом, построенный в рамках пилотного проекта федеральной программы «Энергоэффективное жилье» в ЖК «Прибрежный квартал» городе-спутнике Волгограда — Волжском. Устройство дома предполагает частичный подогрев воды солнцем, что позволит жителям экономить на счетах за горячую воду, особенно летом. Проект подразумевает использование технологии рекуперации воздуха. Она позволяет использовать теплый вытяжной воздух для нагрева входящего свежего воздуха, не смешивая их. Попутно с фильтровкой и нагреванием воздуха система позволяет экономить электроэнергию. Однако, рассмотренные случаи на территории России единичны и, к сожалению, не нашли широко применения.

Между тем в мире данный рынок энергично развивается. Так, по данным исследования Research and Marketsрынок «умных» технологий для дома оценивался в 2013 году в 5,77 миллиарда долларов [11].

К 2012 году в США, по данным ABI Research, было установлено 1,5 миллиона систем домашней автоматизации. По данным исследовательской фирмы Statista, к концу 2020 года в домах США установлено более 45 миллионов устройств для «Умного дома» [12]. Что касается объемов рынка, то в США выручка на рынке технологий «Умного дома» в 2020 году составит 27 240 млн долларов. Уровень проникновения данной технологии в домохозяйства США в 2020 году составил 33,2 %, а к 2023 году ожидается его увеличение до 53,9 % [13].

Для сравнения, в России на рынке технологий «Умного дома» в 2020 году ожидается, что выручка составит 609 млн долларов США. Уровень проникновения данной технологии в домохозяйства РФ в 2020 составил 2,8 %, а к 2023 году ожидается рост до 10,7 %.

В заключении отметим следующее. В настоящее время «Умный дом» — одно из передовых достижений в сфере жилищно-коммунального хозяйства. Очевидные достоинства «Умного дома» заключаются в следующем:

− согласованная работа всех систем, установленных в доме;

− легкая управляемость и мониторинг;

− широкий выбор сценариев и режимов работы систем дома;

− рациональное потребление электроэнергии и других ресурсов;

− своевременное предотвращение аварий и сбоев;

− управление системами дома удаленно.

Для того, чтобы рынок «Умных домов» развивался динамичнее, полагаем, что необходимо привлекать инвесторов, создавать собственные новые и более доступные по цене разработки в этой области, анализировать потребителей, чтобы понять их потребности и т. д.

Составляющие элементы системы умный дом, их назначение и принцип работы

Автор: Человек Труда 46 218 Опубликовано 31.5.2015

Сегодня существует множество элементов системы управления электричеством – разнообразные виды реле для бытовых электросетей, датчики температуры, движения и звука. В единой связке с внутренней электропроводкой дома или квартиры, они способны автоматизировать процессы включения/выключения света, отопления, контролировать работу некоторых бытовых приборов с учетом временных режимов. Но при этом не будет централизованной системы управления, то есть, Вы не сможете управлять светом и другими потребителями с единого устройства.

Тем и хороша система умный дом, ведь с помощью нее можно управлять всеми потребителями, подключенными к проводке, при помощи одного устройства – мобильного (планшет, смартфон, пульт ДУ) и/или стационарного (компьютер/ноутбук, графический интерфейс системы). При этом все датчики и реле также присутствуют в системе и производят управление электропитанием в автоматическом режиме.

Кроме элементарных бытовых потребителей, интеллектуальный (умный) дом может производить контроль и управление за системами связи, пожаротушения, охранных сигнализаций, телефонных линий и многим другим, включая инженерные коммуникации.

Однако, для полного контроля бытовых приборов, например, регулирование режимов кондиционера или холодильника, в самих приборах должен быть специальный разъем, по средствам которого производится подключение к электронному логическому контроллеру системы управления. Далее рассмотрим те основы, которые дадут Вам понятие о системе умный дом, ее принципе работы и составных элементах.

Составляющие элементы системы умный дом

Прежде всего, стоит заметить, что на сегодня появилось множество модификаций и комплектаций, в которых система управления умный дом может быть выполнена. Множество производителей предоставляют комплекты системы со встроенными Wi-Fi и/или Bluetooth передатчиками (модулями связи), вшитыми в контроллер, по средствам которых можно управлять системой беспроводным способом через мобильное устройство в пределах квартиры/дома.

Разновидность архитектуры системы умный дом

Имеются модификации, в которых управление происходит через интерфейс Ethernet (проводным способом, через современные домашние локальные компьютерные сети); к ним дополнительно нужно подключать коммутаторы и Wi-Fi роутеры для беспроводного управления, если они не встроены в контроллер. Что касается ручных выключателей, то они также могут подключаться к центральному контроллеру беспроводным способом или через электропроводку. В общем, имеется разнообразное оборудование для системы умный дом, и система состоит из таких элементов:

  • контроллер умного дома (главный и дискретные модуляторы ввода-вывода);
  • модули расширения и связи (коммутаторы, роутеры, GPS/GPRS модули);
  • элементы коммутации электрической цепи (реле, диммеры, блоки питания);
  • измерительные приборы, датчики и сенсоры (движения, температуры, света и др.);
  • элементы управления системой (пульты, сенсорные панели, КПК, планшеты);
  • исполнительные механизмы (клапаны воды, вентиляции, газа, ролеты и т. д.).

При выборе оборудования также важно учесть, какой протокол (способ) передачи данных системы «Умный дом» используется. Например, распространенный протокол EIB\KNX, использует в качестве передачи данных компьютерные сети, радиоканалы, силовые электрические сети. Имеется и протокол X10, который для передачи данных использует бытовую сеть переменного тока 230 В: устройства обмениваются сигналом, поданным в момент перехода переменного тока через нулевое значение. Такие сигналы представляют собой радиочастотные импульсы в 120 кГц, длительностью 1 мс.

Что такое контроллер для системы умный дом.?

Контроллер умного дома – это аппарат, который руководит всеми потребителями, приборами, а также высылает отчет хозяину о состоянии этих потребителей. Руководствуется датчиками температуры, воздуха, света для контроля систем освещения, обогрева, кондиционирования. Может быть запрограммирован на совершение различных действий с течением времени, по временному графику. Кроме автономного режима, с контроллером можно связаться через специальный интерфейс (компьютерную сеть, мобильный оператор или радиосеть), и управлять вручную приборами.

Приборы, управляемые контроллером системы умный дом

Подбирать контроллер необходимо в зависимости от того, как Вы желаете построить архитектуру системы управления. Например, есть две разновидности системы управления: централизованная и децентрализованная. В основе централизованной системы управления лежит единственный высокопроизводительный центральный контроллер, который руководит всеми потребителями (приборами) и инженерными сетями в доме.

В случае децентрализованного управления, интеллектуальная система умный дом состоит из нескольких более простых контроллеров, каждый из которых несет функции по управлению определенной зоной – комнатой и всеми приборами в ней, отдельно группами освещения во всем доме, определенного назначения бытовыми приборами и т. д. (региональные контроллеры).

Центральный контроллер для системы умный дом современного образца представляет собой компьютер, заключенный в небольшой пластиковый корпус, имеющий собственную ОС (операционную систему), оперативную память и множество электронных компонентов коммутации (управления) сигналами: электронные реле, терристорные ключи и др.

Одна из комплектаций центрального домового контроллера системы умный дом (на борту модуль беспроводной передачи, USB, COM, Ethernet порты)

Также в зависимости от комплектации, может быть встроенный GSM модуль для удаленного управления через мобильный телефон, Wi-Fi передатчик для управления системой из любой точки дома и графический сенсорный или кнопочный интерфейс (ЖК экран). Кроме того, разъемы для подключения к компьютеру и/или сетевому оборудованию: Ethernet, USB.

Такой контроллер способен управлять интеллектуальной техникой, как холодильники, микроволновки, инженерные коммуникации и т. д. (если в самой технике предусмотрена такая функция), докладывая хозяину даже такие данные, как температура в холодильнике, входные-выходные звонки телефонной линии и многое другое.

Региональный контроллер, дискретный модулятор ввода-вывода – это маломощный логический электронный блок управления, на котором реализована технология умный дом (к сравнению, частота микропроцессора ЦК – около 500 мГц, РК – около 50 мГц), как правило, не имеющий операционной системы и настраиваемый системно. Его можно настроить на любые элементарные сценарии по времени или по сигналам тех или иных датчиков.

Программируемый контроллер системы умный дом с интерфейсом (разьемом для подключения к сети) Ethernet

Он руководит элементарными задачами и событиями. Например, датчик света, подключенный к нему, дает сигнал (при наступлении темноты); контроллер подает сигнал на исполнительное реле или группу для управления освещением. Также он уведомляет хозяина о каждом действии. Другими словами, дискретный модулятор ввода-вывода – это своего рода интеллектуальное программируемое электронное реле.

Состоит такой аппарат также из электронных компонентов коммутации сети и интеллектуальной части: микропроцессор с памятью. В нем (зависит от производителя и комплектации) может быть USB, интерфейс Ethernet и другие порты для управления, программирования и предоставления отчетов хозяину.

Что такое модули расширения и связи для системы умный дом.?

Модули расширения – это устройства, подключаемые к контроллеру и расширяющие его функциональность. Отчасти переходники, двоители-троители и измерительные приборы также являются модулями расширения. Такие устройства могут быть встроенными в контроллер, подключаемыми отдельно через специально предназначенный разъем или общий разъем Ethernet, USB и другие интерфейсы. По причине того, что компании производители систем умный дом используют различные системы шифрования передачи данных, при выборе модуля расширения важно обратить внимание на его совместимость, если контроллер приобретен другого производителя.

Справа — контроллеры системы умный дом со встроенными модулями беспроводной передачи данных

Модули расширения связи для системы умный дом представляют собой устройства передачи данных беспроводным или проводным способом. К первым относятся всем известные Wi-Fi роутеры, которые подключаются к контроллеру так же, как и к компьютеру, через Ethernet или USB (есть и специально «заточенные» фирменные модули со своей системой подключения). Реже используются отдельно подключаемые GSM/GPRS модули (так как обычно они встроенные), с помощью которых система умный дом может связываться с хозяином через СМС-оповещения на его номер телефона. Существуют модули беспроводной связи Bluetooth (радиосигнал) и ИК (передача по средствам инфракрасного луча).

Модули беспроводной связи GSM и Wi-Fi; коммутатор для проводной сети Ethernet

Для проводного способа расширения связи используются коммутаторы – устройства, которыми подключают несколько клиентов (компьютеров, контроллеров и других интеллектуальных устройств) в одну локальную сеть. Они необходимы при устройстве децентрализованной системы умного дома, когда имеется несколько региональных контроллеров, а также для создания общей сети с компьютерами и другими интеллектуальными устройствами, использующими соответствующие интерфейсы. При большом расстоянии передачи сигнала, для его усиления применяются специальные цифровые усилители – репитеры.

Модули расширения функциональности системы умный дом имеют самый разнообразный функционал, и, как правило, подключаются в общий или специальный разъем интерфейса. Они расширяют перечень функций контроллера, например, модуль голосовых сообщений дает возможность руководить системой по средствам звуковых (голосовых) команд. Также имеется возможность сделать так, чтобы система управления умный дом воспроизводила звуковые сообщения (приветствия, предупреждения, поздравления и др.) на динамики.

Модули расширения для управления сложными механизмами, шаговыми двигателями и т. д.

Также стоит отметить расширение функционала по средствам модулей-переходников, которыми можно добиться совместимости различных стандартов устройств. Специальные модули управления предназначены для контроля различных специфических приборов (двигателей, механизмов открытия/закрытия дверей, клапанов вентиляции; многое другое) и элементов коммутации электрической цепи. Так, контроллер умного дома не имеет власти над силовыми защитными автоматами (пробки, автоматические выключатели), а при подключении модуля управления автоматами и использования управляемых автоматов, функция их включения/выключения по средствам контроллера становится доступной. Для подключения к системе умного дома регуляторов освещения (диммеров – см. ниже) также необходимы специальные модули расширения.

Что такое элементы коммутации цепи системы умный дом.?

Под понятием коммутации электрической цепи стоит понимать замыкание/размыкание ее, а также регулирование напряжения и других параметров электрического тока. Регуляторы напряжения (освещения), преобразователи/трансформаторы, блоки питания, автоматические выключатели и реле – все это элементы коммутации, без которых монтаж системы умный дом (как и любой электропроводной системы), выполнен не может быть. Они могут иметь встроенную защиту от перегрузки сети и короткого замыкания и срабатывают, размыкая цепь, таким образом, выполняя защитную функцию.

Простая схема системы умный дом с контроллером, элементами коммутации (управления) электрической цепи и элементарные потребители (в данном случае — лампы освещения)

Автоматические выключатели предназначены для предохранения электропроводки от перегрузки или замыкания. Они подбираются по мощности, на которую рассчитана контролируемая ими линия электропроводки. Для системы умный дом существуют как обыкновенные ручные, так и управляемые автоматические выключатели.

На изображении — простые однополюсные автоматические выключатели

Первые имеют в своей конструкции механизм, который при нагревании вследствие перегрузки размыкает цепь, а также могут быть выключены вручную. Контролируемые же автоматы имеют специальный интерфейсный выход на модуль управления, через который главный контроллер и хозяин может ими управлять дистанционно, не заглядывая в щитовую вообще.

Реле и релейные блоки – это элементы управления силовыми цепями при помощи подаваемого сигнала от контроллера. Сигнал может выглядеть в виде тока небольшой мощности, как правило 24 В (опять-таки, единого стандарта нет, есть разные системы и производители) или другого сигнал.

На изображении — электромагнитные реле для контроля одной и несколькими линиями силовой цепи

В отличие от автоматических выключателей, реле не имеют защиты и механизм замыкания/размыкания цепи выглядит противоположно: при подачи управляющего напряжения на электромагнитную часть, последняя приводит в действие якорь и механическим влиянием замыкает контакты силовой цепи питания (220 В). Самое элементарное реле управления одной силовой линией фазы имеет три входа и один выход: ноль и фаза управления электромагнитом (24 В которые), вход фазы силовой (220 В) от защитного автоматического выключателя и выход ее на потребитель.

Регуляторы напряжения (освещения) применяются в основном для контролирования подаваемой мощности и напряжения тока для осветительных приборов. В основе таких регуляторов лежит элемент цепи – реостат, прибор для регулирования освещения. Для обыкновенной цепи питания представляет собой механизм с ползунком, заключенный в коробку с габаритами выключателя и имеет также функцию вкл/выкл.

Диммер, управляемый вручную (справа) и дистанционно (слева)

Нового образца система управления умный дом группами освещения вмещает в себе прибор, именуемый диммером (подключают его к контроллеру также через специальный модуль управления). Этот прибор рассчитан на управление одной или несколькими группами питания освещения и управляется при помощи контроллера в автоматическом режиме или дистанционно хозяином, что есть удобно. Еще преимущество диммера – через него контроллер может контролировать яркость освещения, руководствуясь данными про уровень освещенности, полученными из датчиков света.

Блоки питания, трансформаторы, преобразователи – это сложной архитектуры приборы, которые предназначены для изменения параметров электрического тока при необходимости на том или ином участке цепи или на всей цепи.

Блок питания с 220 В на 12 В

Применяют их в связи с тем, что некоторые потребители рассчитаны на другие характеристики тока, нежели переменного 220 В/50 Гц, подаваемые в быту в СНГ и Европе. К примеру, взять то же освещение: есть специальные люминесцентные, неоновые и другие современные виды ламп высокодекоративного освещения, которые работают от 10/12/24 В постоянного тока. Для того чтобы добиться таких характеристик, на соответственный участок цепи монтируют блок питания 220-10В, 220-12В, 220-24В. Такие устройства могут работать в одном режиме, например 220-24В, или во всех трех, вышеперечисленных.

Что такое измерительные приборы, датчики и сенсоры в системе умный дом.?

Эти устройства – как органы обоняния и осязания для человека: они дают представление о происходящем в окружающей среде. Благодаря современным измерительным приборам, датчикам и сенсорам (коих разнообразие на сегодня очень велико), на контроллер системы умный дом поступают данные о температуре, влажности, степени освещенности и атмосферном давлении снаружи и внутри помещения.

На рисунке датчики с элементарными функциями

Имеются контрольно-измерительные приборы для контроля состояния инженерных коммуникаций: давления и учета расхода воды и утечки газа с электронным интерфейсом, позволяющим передавать эти данные интеллектуальной системе умного дома, которая будет строить отчеты и отправлять их хозяину.

Датчики и сенсоры аналоговые традиционного образца используют в качестве передачи данных низковольтный ток до 24 В, как правило, и электрическую проводку малого сечения в качестве среды передачи. К примеру, самый элементарный датчик света содержит фотоэлемент с входом и выходом, через который проходит фаза низковольтного тока. Этот фотоэлемент меняет сопротивление при попадании на него света, таким образом, выдавая различные параметры тока в разное время суток.


На рисунке — элементарные аналоговые датчики, реагирующие на бытовой и углекислый газы

Контроллер получает эти значения, обрабатывает их и, соответственно, посылает сигнал о включении/выключении групп осветительных приборов, а также регулировании уровня освещения (при наличии диммера). Примерно аналогичная система, только с разными рабочими элементами, имеется в датчиках контроля температуры (на основании их данных интеллектуальная система умный дом управляет обогревом), движения и шума (свет, сигнализация), утечки газа и воды (управление клапанами, перекрывающими газ и воду) и многое другое.

Датчики и сенсоры цифровые нового поколения имеют расширенный функционал и являются интеллектуальными устройствами. Например, современные многофункциональные датчики движения, способны не просто выводить данные на контроллер в двух параметрах: 1 («да», есть движение) или 0 («нет», нет движения).

На рисунке — цифровой датчик контроля влажности воздуха

Они способны измерять расстояние от датчика до движущейся цели, засекать задержки при передвижении объекта и многое другое. Все это обрабатывается встроенным в датчик микропроцессором и подается на контроллер в виде цифровых сигналов. Стоит отличать датчики от контрольно-измерительных приборов: датчики и сенсоры засекают события, а контрольно-измерительные приборы засекают физические величины измеряемого тела, объекта (скорость, вес, оббьем и т. д.).

Контрольно-измерительные приборы – это более сложные в отличие от простых аналоговых сенсоров аппараты, которые вмещают в себе новые технологии умный дом и контролируют широкий диапазон параметров, предоставляют их физические единицы измерения. Цифровые барометры, счетчики воды и газа, того же напряжения – все это контрольно-измерительные приборы.

Контрольно-измерительный прибор температуры и расхода горячей воды

В отличие от аналоговых приборов и датчиков, современные цифровые, имеют собственную систему вычисления на основе простого микропроцессора; они обрабатывают сигналы и в готовом виде подают данные на контроллер умного дома, тем самым частично разгружая его процессор. В качестве среды передачи данных цифровые контрольно-измерительные приборы и датчики используют специальный интерфейс.

Какие бывают элементы и способы управления системой умный дом.?

Управление системой интеллектуального (умного) дома может производиться тремя способами: беспроводным локальным, удаленным беспроводным, проводным локальным, удаленным проводным. Устройства управления идут в комплекте с системой – это графические панели управления с сенсорным или кнопочным вводом, пульты с приемниками, настроенными на определенную частоту. Не идущие в комплекте устройства, как мобильные компактные компьютеры (смартфоны, планшеты) настраиваются при помощи специального программного обеспечения для управления удаленным способом, через всемирные информационные сети.

Системой умный дом можно управлять пультом, панелью управления и мобильными устройствами

Беспроводной локальный способ управления с ограниченным радиусом производится с применением устройств управления через локальный (местный) радиосигнал, Wi-Fi или Bluetooth беспроводные радиосети. В принципе, таким способом можно управлять системой с любой точки дома и даже находясь на приусадебном участке неподалеку. Однако, в больших домах, возможно, понадобятся дополнительные радиоточки, усилители беспроводного сигнала. Управление осуществляется пультами, сенсорными панелями, мобильными устройствами (смартфонами, планшетами, ноутбуками), которые имеют встроенный или подключенный извне передатчик той или иной сети Wi-Fi, Bluetooth или фирменного радиочастотного сигнала.

На экране планшета — программное обеспечение для контроля показателей и приборов, подключенных к системе умный дом

Беспроводной удаленный способ управления доступен, если произведен монтаж системы умный дом к глобальным сетям или модулям расширения связи, обеспечивающим к ним доступ. К таковым сетям можно отнести GSM/GPRS (управление по средствам мобильной связи), мобильный интернет, специальный выделенный радиосигнал. Наличие выхода в GSM/GPRS сеть дает возможность системе отсылать СМС, ММС и звуковые сообщения на номер телефона владельца дома. Также теоретически возможно управление через голосовое меню. Средства для управления системами умного дома через глобальные сети – это, как правило, смартфоны, а также планшеты и ноутбуки со встроенными модулями-передатчиками для мобильного интернета.

Проводной локальный способ управления, в зависимости от применяемых протоколов передачи данных системы умный дом, может иметь среды передачи данных по витой паре (кабелю компьютерной сети), электрической проводке (протокол системы X10) или каким-либо другим кабелем. В каждом региональном и центральном контроллере система управления умный дом предусматривает выход для проводной связи с управляющими устройствами, а также обмена информацией с другими интеллектуальными устройствами, которые находятся у него в «подчинении». Если устройств несколько, то интерфейс расширяют при помощи коммутатора (см. выше «модули расширения связи»), создавая несколько ответвлений. Для проводного локального способа управления применяются идущие в комплекте и отдельно панели управления и выключатели (кнопочные и сенсорные), а также можно управлять через подключенный к кабелю компьютер или ноутбук.

Сенсорная панель управления системой умный дом, совмещенная с домофоном

Проводной удаленный способ управления системами умного дома – это сеть, по размерам больше локальной, то есть, управление домом происходит извне по проложенному кабелю, подключенному к внутренней сети управления. Как правило, такой способ управления применяется в управлении автоматизированными процессами корпусов зданий. В общем, для домашнего пользования этого (управления системами через региональные проводниковые сети) знать не нужно.

Что такое исполнительные механизмы системы умный дом.?

В отличии от реле, которые отчасти можно назвать исполнительными элементами (подача команды – реле замыкает/размыкает цепь), исполнительные механизмы, которыми руководит интеллектуальное оборудование для системы умный дом, являются сложными электромеханическими изделиями, приборами, рассчитанными на испытание высоких механических нагрузок.

На изображении можно наблюдать объекты, в которые могут быть встроенные исполнительные механизмы системы умный дом

Рабочий орган более сложных приборов (приводов открытия/ закрытия ворот, жалюзей и т. д.) – это двигатель, у менее сложных (клапанов, замков) – сердечник, приводящийся в движение электромагнитом. Управляются в большинстве от низковольтного тока до 24 В включительно, но есть и высокомощные приводы, рассчитанные на 220 В.

Электромеханические приводы открытия/закрытия ворот, калиток, дверей, окон, жалюзей и штор; встроенные в мебель электромеханические детали, делающие ее моторизированной. В комплекте они могут иметь интерфейс подключения и пульт ДУ.

Девушка управляет оконным механизмом системы умный дом при помощи беспроводного пульта

В продвинутых моделях приводов имеются элементарные системы автоматизированного управления: встроенные датчики и возможности настройки скоростей и крайних положений открытия/закрытия. Сегодня чаще всего встречаются автономные приводы для штор и жалюзей, которыми не управляет интеллектуальная система умный дом: управляемые с пульта инфракрасного передатчика, и не имеющие никакой связи с контроллером умного дома. Тем не менее, такие устройства тоже считаются отдельными элементами умного дома.

Клапаны низкого, среднего и высокого давления – это более простые механизмы для управления водопроводными сетями (в т. ч. и пожаротушения), газовыми трубами и вентиляцией. Клапаны применяются в системах контроля: газовые – в системах контроля за газом, водные – контроль водообеспечения, предотвращения затопления и пожаротушения.

На изображении — клапан воды, управляемый системой умный дом

Очень полезно для здоровья, и стоит отметить систему вентиляционных клапанов, которая срабатывает от датчиков углекислого газа (CO2). Система выветривает вредный для человека газ и создает благоприятный микроклимат. К подобным элементарным механизмам можно отнести электромагнитные замки и другие элементы контроля доступа в помещение, входящие в систему безопасности умного дома. Такие устройства в основном не имеют микропроцессоров, имеют только два положения: открыто и закрыто.

Технология «Умный дом» и ее польза для человека

Инновационные технологии создают комфортные условия работы и отдыха владельцев. Примером внедрения комплекса выступает умный дом, который впервые использовали в 1961 году. Первое оборудование отличалась низкой функциональностью при сравнении с современными аналогами, но на тот момент технология вызывала удивление и неподдельный интерес. Совершенствование устройств, создающих быт человека, продолжалось, что привело к внедрению новых узлов и расширению функций умного дома.

Первыми интеллектуальными домами выступала недвижимость состоятельных граждан в США. На тот момент дома были оборудованы передовой техникой и электронным оснащением. Инженеры нашли способ для объединения элементов в единуюсеть, способную управлять каждым устройством удаленно. Те современные системы, которые применяют сейчас, делают умный дом универсальным решением. Система проектируется еще на этапе возведения здания, но может быть внедрена и после завершения строительства. Первые технологии прошлого столетия работали при напряжении 110 В, поэтому не получили распространение в России.

Что такое система «Умный дом»?

Термин используется для определения программно-аппаратного комплекса, позволяющего автоматизировать и облегчить контроль и управление системами, а также оборудованием, находящимся:

Применение технологии становится актуальным решением. Даже если использовать бюджетную систему, то с ее помощью дом станет по-настоящему умным, автоматически регулируя работу электрических приборов в доме или отдельном помещении. Управление системой зависит от датчиков, которые передают безостановочно сигналы, обрабатываемые процессором. Последний принимает решение о запуске программ в соответствии с алгоритмами. Подключение к интернету позволяет управлять домом удаленно.

Часто задают вопросы о том, что такое умный дом? За какие функции отвечает система? Как это работает на практике?

Для получения ответа достаточно оценить задачи, решаемые с помощью технологии.

Комплекс контролирует:

  • Работу внутреннего и внешнего освещения, а также подсветки или рекламы;
  • Действия вентиляции и кондиционирования;
  • Отопление объекта;
  • Сигнализацию и системы наблюдения;
  • Доступ к зданию;
  • Процесс подачи видео- и аудио сигналов;
  • Работу альтернативных источников энергии;
  • Электрические устройства, включая полив или дренажные системы;
  • Регулировку положения ворот, жалюзи или рольставней.

Что нужно знать новичку о системе?

Технология базируется на использовании микроконтроллера, а также обвесов для него. Последние представлены всевозможными датчиками и платами, выполняющими определенные функции. Для удобства пользователя система максимально упрощена, поэтому управлять умным домом сможет новичок. Обновление оборудования выполняется встроенными программами, которые запускают загрузчик автоматически. Для повторной прошивки используют программаторы.

Если требуется самостоятельно программировать систему, то выполнить работы помогает бесплатная оболочка Arduino IDE, которая совместима со всеми популярными ОС. Arduino IDE предлагает широкий инструментарий для самостоятельного написания программ, а также компиляции. Базовым языком выступает С++, точнее его упрощенная версия.

Комплексная система позволяет управлять всеми процессами даже в отсутствие владельца, поэтому умный дом позволит ощутить полный контроль над ситуацией. Каждый электрический прибор можно включить в сеть, чтобы контролировать их работу. Клавиши пульта управления позволяют дистанционно открывать ворота или включить отопление. Выбранное действие произойдет незамедлительно.

Для управления умным домом можно воспользоваться голосовыми командами. Инновационная система распознает множество команд, а также позволяет программировать недостающие. Хлопки в ладоши могут активировать освещение, а голос владельца будет использоваться для запуска различных программ. Технология позволяет распознать именно хлопки или голос, поэтому стук или шум работающего оборудования не собьют выполнение установленных задач. Комплекс можно самостоятельно назвать, чтобы было легче его использовать. Команды воспринимаются четко, а после выполнения выбранного действия помощник отчитается о проделанной работе.

Контроль климата

Для чего еще нужна система, если не для управления различными функциями. Современный умный дом позволяет регулировать температуру и влажность в помещении благодаря датчикам, постоянно передающим сигналы на микроконтроллер. Информация быстро обрабатывается и МК принимает решения в соответствии с текущей ситуацией. Так умный включает отопление, либо отключает кондиционирование, корректирует работу вентиляции. Подобные задачи решаются без непосредственного участия человека.

Регулировка света

Система умный дом постоянно совершенствуется, поэтому состав дополняется различными модулями. Так датчики освещенности позволяют считывать информацию о текущей яркости света в доме, подстраивая показатель под оптимальную характеристику. Эти датчики могут комбинироваться с сенсорами присутствия, чтобы активировать световые приборы только когда в комнате присутствует человек. Контроллер можно запрограммировать на включение освещения по расписанию. Диммерные устройства позволяют плавно регулировать яркость ламп в помещении.

Охрана и безопасность

  • О том, как работает система, лучше всего узнать на практике. Умный дом отвечает за ряд процессов, но важнейшими среди них являются охранные функции. Комплекс безопасности включает следующие подсистемы:
  • Охранно-пожарную сигнализацию. Детектором выступают датчики присутствия, отправляющие на микроконтроллер импульсы при появлении источника ИК-излучения, мощность которого отвечает параметрам человеческого тела. Обнаружить открытие дверей позволяют магнитоконтактные датчики. За пожарную безопасность отвечают сенсоры дыма и анализаторы газа. Сигнализация может дополняться радиосвязью для уведомления владельца дома.
  • Систему контроля доступа. Состав устройства включает в себя идентификаторы, а также систему идентификации. Для считывания информации могут использоваться сенсорные панели, электронные ключи или радиометки. Также подсистема имеет блокирующие устройства, которые ограничивают доступ к помещению или территории.
  • Систему наблюдения. Является комплексом из видеокамер, а также устройств для хранения и просмотра записей.

Умный дом и домашний кинотеатр

Сегодня кинотеатр в доме не имеет отличий от привычного комплекса для просмотра кинокартин. Комната, выполняющая функции кинотеатра, должна отличаться высоким уровнем комфорта и соответствующим оборудованием для приятного просмотра. Позволить оборудовать в доме комнату, которая будет использоваться только для просмотра фильмов, в состоянии не многие. Для решения проблемы используется технология умный дом, которая создана для развлечений и отдыха. В комплекс входят различные устройства, позволяющие регулировать звук, освещение и воспроизведение во время просмотра.

Для управления используется сенсорная панель или пульт. Пользователь может самостоятельно программировать сценарии запуска оборудования. В состав комплекса входит:

  • Домашний кинотеатр;
  • Мультирум;
  • Медиасерверы;
  • Аудио оборудование.

Мультирум

Комплекс используется с целью обеспечить многозональное распределение сигналов от аудио- и видеотехники. Технология позволяет перемещаться по квартире и продолжать прослушивать композиции в любом помещении. Комплекс позволяет настраивать работу оборудования из любой точки дома.

Учет и обработка информации

Функциональные возможности по обработке сигналов реализованы с помощью микроконтроллера. Для управления применяется специальное программное обеспечение.

В чем польза системы умный дом?

Комплекс, объединяющий технику современного дома, остается популярным по ряду причин. Доступная цена делает технологию распространенной, а многофункциональность облегчает жизнь человека и способствует автоматизации процессов в доме. Сокращение потребления ресурсов окупает затраты на монтаж оборудования, так как процессы активируются только при условии наличия владельцев в доме. В энергосберегающем режиме комплекс расходует минимум электричества. Применение технологии актуально в частном секторе или коттеджах больших размеров.

Комплекс заботится о питомцах владельцев. Установленный режим включает подачу кормов по расписанию, а также регулирует степень освещенности. Питомцы находятся под наблюдением благодаря планшету или гаджетам, на которые транслируется сигнал из дома. Панели управления можно вмонтировать в стены, чтобы исключить риск повреждения. Технология помогает контролировать детей. Особенно функция востребована при отсутствии взрослых в помещении. Микроконтроллер может блокировать доступ к ТВ или ПК по команде владельца. Обратная ситуация – технология предоставит выход в интернет, если ребенок выполнит поставленные условия.

Каким бывает умный дом?

Реализовать технологию удается в случае, когда компоненты имеют полную совместимость. Поэтому работы часть возлагают на специалистов, которые могут подобрать подходящий комплект для последующего монтажа. Производители продолжают заниматься разработкой универсального оборудования, которое позволит в будущем создавать различные конфигурации умного дома.

Комплекс бывает:

  • Централизованным или децентрализованным;
  • Проводным или беспроводным;
  • Использовать открытый или закрытый протокол.

Технологии и оборудования для умного дома

Главным элементом выступает микроконтроллер, соединяющий прочие модули в единую цепь, а также обеспечивая взаимодействие. Контроллер может базироваться на основе промышленного решения, так и быть обычным ПК, дополненным подходящими программами. Климатическое оборудование устанавливается опционально. Оно включает элементы управления кондиционированием и вентиляцией, которые отвечают за соблюдение микроклимата. Среди прочих элементов следует выделить:

  • Управление освещением;
  • Комплекс средств охраны. Оборудование включает элементы пожарной сигнализации и видеонаблюдения и охранные системы.
  • Устройства для анализа и хранения информации. Модуль решает задачи по сбору и обработке данных от датчиков, а также фиксирует события, происходящие на территории дома.
  • Каналы связи. Оборудование представлено сетями, поддерживающими протокол TCP/IP. Оно может быть проводным или беспроводным.

Каждый модуль, указанный выше, можно создать с применением разных технических устройств и ПО, что повышает универсальность всего комплекса.

Анализ технологий «Умного дома»

1.1 Базовые понятия «Умного дома»

За последние 20 — 30 лет системы автоматизированного управления перестали быть модной экзотикой. Вне зависимости от области применения, будь то здание, сборочный цех или поезд метро, целью внедрения таких систем являются снижение эксплуатационных расходов, обеспечение важной информацией, повышение безопасности и комфорта. Прогресс в области автоматики управления может в ближайшем будущем оказать на наше мироощущение не меньшее воздействие, чем появления сотовых телефонов и Internet.

Для того чтобы понять, как сильно изменились возможности в области автоматизации за последние годы и как они еще поменяются, важно осознать значение некоторых технологических прорывов, которые произошли за последние годы. Разработчики не стоят на месте. Предсказать, как далеко они уйдут вперед всего через несколько лет, можно только, бросив взгляд назад.

После завершения эры мэйнфрэймов, широкое развитие получили сети миникомпьютеров, а затем, дешевых персональных ЭВМ, способных, тем не менее, решать достаточно сложные профессиональные задачи. Аналогичные процессы проходили и в технологии автоматизации, где в последнее время широкое распространение получили децентрализованные системы управления. Бум в развитии микропроцессорной техники сделал возможным появление относительно дешевых «умных» датчиков и исполнительных механизмов, наделенных собственным интеллектом. Объединенные в сети, подобные устройства находят все более широкое применение в системах автоматики различного назначения.

Правда, на пути технического прогресса оказалось немало серьезных препятствий. Мало того, что системы автоматики различного назначения были автономны, но и сходные по управляющим функциям системы различных производителей были, как правило, несовместимы между собой. Фирмы-разработчики использовали свои закрытые коммуникационные протоколы и не предусматривали интерфейсов для взаимодействия с системами других производителей. Являясь собственностью отдельных компаний, соответствующие продукты и технологии автоматизации с трудом поддавались интеграции друг с другом. Для решения этой проблемы требовались дорогостоящие технические решения, связанные с написанием нового программного обеспечения, изменения топологии сети и закупки дополнительных компонентов.

Таким образом, в определенный момент на рынке сложились объективные предпосылки для успешного внедрения новых подходов в области автоматизации.

Идея создания «умных» зданий впервые появилась в США. Самые первые «умные дома» — начали оборудовать электроникой в 1950-х годах. (А сегодня почти все мы уже привыкли к таким вещам, как микроволновые печи, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, встроенные в стенку телевизоры с дистанционным управлением)

Как комплексное решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно. Бурно развивающаяся информатика позволила форсировать эти работы, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства.

Поскольку развитие данного направления представлялась более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея «умного дома». Типичный пример такого здания показан на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 — «Умный дом»

«Умный дом» — это комплекс электроники, которая работает внутри или снаружи дома и выполняет централизованное управление всеми (или почти всеми) инженерными системами. Под инженерными системами понимается всё техническое оборудование дома (от канализации до аудио-видео техники). Идея «умного дома» состоит в том, что единый комплекс электроники согласованно управляет работой всего инженерного обеспечения дома.

Очень важно, чтобы алгоритмы взаимодействия подсистем в доме были гибкими, и могли приспосабливаться под изменяющиеся нужды владельца дома. Самая главная аксиома «умного дома» состоит в том, что система управления и её инженерные подсистемы должны быть построены по блочному принципу. Это означает, что каждая подсистема должна уметь работать автономно, чтобы её работу можно было отладить и обслуживать, отключив оборудование от центрального управления.

«Умный дом» имеет ряд преимуществ: позволяет экономить до 10-18% электроэнергии, повышает комфорт и безопасность и т.д.

Принцип работы «умного» дома заключается в центральном компьютере, принимающем сигналы от командных устройств, затем эти сигналы передаются исполнительным системам. Управление различными устройствами осуществляется простейшей системой автоматики.

Впервые задача по созданию «умного дома» была решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России. Впрочем, Х10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием. Для создания «интеллектуального дома» этого явно недостаточно. Аудио- и видеотехника требуют как минимум команд смены каналов, изменения громкости, перемотки и управления воспроизведением; а ведь требуется управлять еще системой HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха). В поисках решений этой проблемы различными компаниями предпринимались попытки к разработкам новых протоколов передачи данных.

Умный дом – возможности, функции и состав

Прототипы современных систем «умный дом» использовались еще в прошлом веке. Как и некоторые другие технические новшества в домашний обиход они перешли из военной компетенции, где активно применялись в секретных бункерах и военных базах.

Умный дом – автоматизированный координатор работы всех технических устройств, которыми оснащено ваше жилище.

Долгое время жилье с технически совершенными системами управления оставалось невероятно дорогой прихотью избранных. И лишь в последнее десятилетие на деле реализуются и становятся доступными концепции, которые раньше нам были знакомы лишь по фантастическим кинофильмам.

Какие технические устройства обычно используются в современной квартире?

  • Системы освещения;
  • Системы кондиционирования, очищения и увлажнения воздуха;
  • Аудио-видеотехника;
  • Охранная аппаратура и другие функции.

Возможности умного дома, подобно функциям дирижёра, обеспечивают слаженную работу всех составляющих элементов и позволяет хозяевам удобно управлять «оркестром».

«Мозги» умного дома

Они действительно технически совершенные – микропроцессорные контроллеры обеспечивают обработку информации и управление конкретными элементами. Бесперебойное электроснабжение обеспечивают блоки питания и UPS, информация передается посредством ИК-трансиверов, релейные модели включают и отключают бытовые приборы, диммирующие модули регулируют плавность регулировки освещения.

  • Общее управление всеми функциями умного дома происходит с помощью панелей дистанционного управления.

Такие панели существуют в виде стационарных и переносных моделей. Переносные видеопанели наиболее удобны в использовании ввиду своей мобильности и возможности визуального управления нужными процессами. Функцию панели управления могут выполнять также компьютер, интернет-планшет, смартфон и подобные устройства.

  • Вы можете управлять техническим оснащением своей квартиры и осуществлять общий контроль из любой точки планеты, используя Интернет.

С помощью микропроцессорного контроллера хозяева квартиры могут запрограммировать выполнение нужных им задач (сценариев).

Сценарии могут быть простыми – включение кондиционера при достижении определенной температуры воздуха или сложными – включение телевизора при одновременном закрывании штор и регулировании локального освещения.

Подсистемы умного дома

Умный дом подразделяют на отдельные подсистемы, основные из которых освещение, домашний кинотеатр, multiroom, климат-контроль, безопасность.

Рассмотрим каждую более подробно.

Система освещения

Управляет отдельными светильниками и их группами, задает нужный режим работы, регулирует степень освещенности. С помощью пульта можно отключить неиспользуемые в данный момент источники освещения и, наоборот, включить в нужных местах. Дистанционно вы можете создать иллюзию нахождения хозяев в доме, задав сценарий включения света в некоторых комнатах.

Возможности системы:

  • управление всеми источниками света в доме с единого пульта управления;
  • создание сценариев управления в зависимости от времени, даты, определенного события;
  • регулировка включения и выключения светильников;
  • регулировка процентов яркости;
  • экономия ресурса светильников;
  • автоматическое включение светильников при входе и выключение при выходе из комнаты.

Климат-контроль

Система управляет устройствами, предназначенными для кондиционирования, обогрева, очищения, увлажнения, вентиляции воздуха. Обеспечивается слаженная работа всех приборов в заданном режиме. Предусматривается дистанционное управление климатом в квартире, например, возможность установления комфортной температуры к приходу хозяев.

Возможности системы:

  • управление приборами отопления и кондиционирования с помощью единого пульта управления;
  • управление приборами отопления и кондиционирования в зависимости от сезона, времени, даты, определенного события;
  • наличие датчиков температуры и влажности, в зависимости от показаний которых срабатывают те или иные механизмы, регулирующие климат.

Домашний кинотеатр и multiroom

Система управляет устройствами для воспроизведения видео- и аудиосигналов (телевизоры, Blu-rey плееры), а также сопутствующей техникой: жалюзи, шторами, освещением в просмотровой комнате, создавая особый комфорт при просмотре фильмов.

Система мультирум отвечает за состояние всей аудио- и видеотехники во всей квартире. С ее помощью вы сможете смотреть телепередачи и кино, слушать музыку и радиоканалы в любом месте дома, оснащенном необходимым комплектом техники.

Возможности системы:

  • управление всей AV-техникой в доме с помощью единого пульта управления;
  • управление системой «домашний кинотеатр» нажатием одной кнопки;
  • плавное регулирование включения и выключения освещения;
  • включение и выключение AV-техники в зависимости от даты, времени, определенного события, срабатывания датчиков, нажатия звонка.

Система безопасности

Многофункциональная система, которая оперативно реагирует на все «тревожные сигналы» в доме, обеспечивает удаленный контроль за происходящими в доме событиями, включает сигнализацию, контролирует пожарную безопасность, а также безопасность в сфере коммунальных домовых систем.

Возможности системы:

  • охранная и пожарная сигнализация, которая может включаться автоматически после ухода хозяев из дома;
  • управление с пульта либо сотового телефона;
  • оповещение на удаленный компьютер или мобильный телефон о внештатных ситуациях;
  • охрана нескольких зон;
  • контроль доступа в помещение, в том числе, дистанционный;
  • система сигнализации, предотвращающая протечки воды и затопление;
  • система сигнализации, предотвращающая утечки электричества и газа.

Подготовка к установке умного дома

Установка сложной системы умный дом – непростая задача. Необходимо приступать к ее решению как можно раньше, желательно – на этапе проектирования будущего жилища. Продумывание будущей системы необходимо производить в сотрудничестве хозяев с архитектором, дизайнером и проектировщиком системы умный дом. Очень важно заранее продумать необходимые функции, подлежащие автоматизации.

Рекомендуем вам заранее ответить на следующие вопросы:

  • какие схемы освещения вы предполагаете использовать?
  • сколько светильников вы собираетесь использовать в разных зонах, какие типы светильников?
  • какие сценарии предполагается использовать (ночное освещение, прекращение работы кондиционеров при открытии окна и т.п.)
  • какие комнаты будут включены в системы климат-контроля или мультирум?
  • где будут расположены датчики, контролирующие задымление, протечки?
  • где будут размещены видеокамеры слежения, домофон?
  • каким образом вам будет удобнее осуществлять управление: с мобильного или стационарного пульта?

Оборудование системы умный дом

  • AMX, Crestron (США)
  • ABB, Gira (Германия)
  • Legrand, Schneider Electric (Франция)

Оборудование может использоваться как проводное (надежное, безопасное, дорогое, устанавливаемое заранее) и беспроводное (менее надежное, возможность искажения и перехвата сигнала, установка после окончания ремонта).

При приобретении оборудования необходимо обратить внимание на производителя и качество, что во многом зависит от сборки. Люксовые комплектации значительно дороже, но отличаются специализированным программированием, индивидуальным дизайном, удобным и функциональным пультом управления.

Совместная работа с установщиком системы умный дом не закончится после его монтажа. В дальнейшем, вполне возможно, вам захочется его модернизировать с учетом новинок.

Поскольку установка системы умный дом производится на начальной стадии капитального ремонта, очень важно, чтобы все работы были выполнены аккуратно, качественно и в срок. Именно такую высококлассную работу вам гарантируют в строительной компании «ТопДом».

Добавить комментарий