«Хозяин должен произносить команды ровным голосом, чётко и умеренно громко. Если с первого раза задача не выполнена, нужно спокойно повторить приказ, не переходя на повышенный тон».
Звучит, как пособие по дрессировке собак. На самом деле это руководство по управлению « ».
Все наши разумные и неразумные помощники нуждаются в руководстве, наставлении и командовании. Одним словом, в управлении. «Умный дом», интеллект которого пока далёк от человеческого представления об истинном разуме, тем не менее, способен обучаться и самообучаться.
По быстроте принятия простых решений он превосходит нас, своих создателей, в сотни тысяч раз. К тому же, не страдает склерозом. И не откладывает на завтра те дела, которые можно сделать сегодня.
Интеллектуальные системы управления зданиями умеют отслеживать параметры внешней и внутренней среды, распознавать ситуации с участием человека в реальном времени, осуществлять мониторинг инженерных систем. «Умный дом» в соответствии с заложенными в него алгоритмами реагирует на изменения, обеспечивая своим хозяевам комфортный микроклимат, .
Он должен выполнять все текущие пожелания обитателей дома и предугадывать будущие:
Испечь к завтраку горячие булочки и сварить кофе;
- показать новостную программу по телевизору;
- зарядить аккумулятор робота-пылесоса и отправить его наводить порядок, пока хозяев нет дома;
- вечером приготовить горячую ванну.
Продвинутый «умный дом» способен на многое, возможности зависят от заложенных в него оборудования, программного обеспечения и, само собой, средств.
Увы, домашний интеллект всё же не настолько умён, чтобы предугадать абсолютно все наши желания и нуждается в указаниях. Для этого используют ряд методов и управляющих устройств различного уровня.
Уровень первый
Ограниченное управление отдельными функциями без вмешательства в настройки алгоритмов и программную среду.
Инфракрасные, фотоэлектрические, лазерные, температурные, погодные и т. д. Это сенсоры, окончания «нервной системы» «умного дома». Часть из них реагирует на параметры среды и контролирует работу оборудования, многие наблюдают за людьми. Мы неосознанно и постоянно участвуем в управлении, просто находясь или отсутствуя в определённых точках здания.
Выключатели, переключатели, регуляторы, и всякие прочие кнопки на стенах. Нас не всегда устраивают алгоритмы, по которым наш «дом» действует. Например, маловат уровень в данный момент. Увеличиваем яркость на диммере вручную. В соответствии с заданной программой опущены в тёмное время суток роллеты, жалюзи и шторы, но мы хотим полюбоваться на полную луну и звёзды. Нажимаем кнопку выключателя, открываем обзор ясного ночного неба.
Правда, элементы ручного ограниченного управления всё же могут участвовать в перенастройке системы. К примеру, точно установив выключателями и диммерами уровни освещения в комнате, мы можем затем внести эти параметры в память и использовать как одну из стандартных картин освещения.
Уровень второй
Управление подсистемами с возможностью настройки их алгоритмов.
Панели управления подсистемами . Например, панели управления , централизованное управление роллетами. Мы можем включать и выключать отдельные режимы, изменять настройки в пределах конкретной инженерной функции. С панели отопления нельзя включить кондиционер.
Пульты управления подсистемами . К примеру, пульт управления домашним кинотеатром или . Умеет много, но только в пределах своей функции.
Уровень третий
Управление всем «умным домом», настройка алгоритмов без возможности вмешательства в программу.
Стационарные универсальные панели управления . Кнопочные уже не актуальны, сенсорные, с большим и красивым ЖКИ-экраном, удобнее. Место расположения выбирается произвольно, обычно это коридор, кухня и прочие часто посещаемые места. С универсальной панели хозяева получают доступ ко всем без исключения системам, могут изменять настройки и вмешиваться в алгоритмы работы.
Переносные универсальные панели управления . Практически полный аналог стационарных, разве что экран поменьше. Те же возможности, связь по радиочастотам, в инфракрасном диапазоне, Wi-Fi.
Обычно располагают в тех местах, где есть необходимость в одном или нескольких пультах ДУ. К примеру, возле телевизора, в гостиной. В этом случае универсальный пульт заменит «ленивчики» телевизора, DVD-плеера, тюнера, кондиционера. Позволит, не вставая с дивана, посмотреть, кто нажал кнопку домофона, посмотреть последнее сообщение электронной почты, воспользоваться органайзером и многое другое.
Единственный недостаток переносной панели по сравнению со стационарной - её можно куда-нибудь засунуть и потом долго искать.
Компьютер или ноутбук . Любой ПК, подключенный к домашней локальной сети через стандартный интерфейс, в том числе беспроводным способом, может выполнять те же функции, что и универсальные панели управления.
Смартфон, планшет . Портативные устройства, на которые установлена любая из операционных систем, также дают доступ к управлению.
Голосовое управление . «…произносить команды ровным голосом, чётко и умеренно громко.» Пока что поболтать на отвлечённые темы с собственным домом не выйдет. Может, это и к лучшему. Кто читал или смотрел «Космическую Одиссею» сэра Артура Кларка и Стэнли Кубрика, знает, к чему могут привести долгие беседы человека и искусственного интеллекта.
Тем не менее, в части вербального общения наш дом обладает смышлёностью шимпанзе и в состоянии запомнить и выполнять пару сотен голосовых команд. Главное, нам самим не запутаться.
Дистанционное управление . Нас нет дома. Допустим, мы на Багамах, нежимся на белоснежном песке на берегу лазурного моря. Или уже три часа после долгого и тяжёлого трудового дня стоим в автомобильной пробке, вдыхая ядовитые бензиновые испарения и теряя остатки душевного равновесия.
В это время сборная России по футболу храбро сражается с опытной и опасной командой из Лихтенштейна. Достаём iPod, планшет или ноутбук, подключаемся к сети, входим в специальную «умную» программу, далее в меню интерактивного телевидения, даём команду «записать». Доберёмся до дома - посмотрим. Заодно велим прогреть сауну, сегодня пятница.
Отдельные команды можно дистанционно передавать и SMS установленными кодами, а также через голосовые сообщения.
Уровень четвёртый
Доступ администратора.
Полный доступ . Его имеет только администратор. Это не устройство, а человек, один или несколько. Осуществляется с центрального компьютера «умного дома», при разрешении - с любого ПК, подключенного к локальной сети или интернет. Нужно лишь знать волшебное слово, пароль.
Может быть установлено и ограничение отдельных возможностей для разных администраторов. Зачастую полный или ограниченный четвёртый уровень имеют не только хозяева, но и инженеры компании, обслуживающей «умный дом». Им он, кстати, нужнее. Администратор имеет право вмешиваться непосредственно в аппаратно-программную среду системы управления зданием.
Большой «умный дом»
Принципы интеллектуального управления инженерными системами крупного здания, будь то офисный комплекс, аэропорт, гипермаркет, атомная электростанция или разведуправление, подчиняются тем же законам, что и небольшая «умная» квартира.
Отличие только в масштабах системы, значительном числе подсистем, более высоких требованиях к безопасности. Соответственно, жёстче ограничения на доступ ко всем уровням управления, начиная со второго. Для подтверждения доступа используют электронные и дактилоключи, прочие биометрические устройства, реже анализаторы голоса.
Концепция обустройства «умного дома» давно перешла из разряда фантастических в статус реализуемых. В той или иной мере эта идея воплощается во многих частных коттеджах и квартирах, облегчая эксплуатацию техникой со стороны пользователей. Впрочем, на данном этапе о массовом распространении этой идеологии можно говорить с большими оговорками, поскольку полноценное комплексное устройство многофункциональных систем управления стоит недешево и многими представляется очень сложным. Собственно, сердцем таких систем является контроллер «умный дом», присутствие которого и отличает принципы данной идеи от привычной электронной автоматики.
Что представляет собой управляющий контроллер?
Любой контроллер является средством управления определенными процессами и находится в связке с автоматизированным оборудованием. Обустройство «умного дома» предполагает наличие эксплуатируемых компонентов, которые могут контролироваться интеллектуальной системой. Как раз ее и представляет небольшой прибор, в котором сосредотачиваются средства обработки входящих сигналов от инженерного и бытового оборудования. На основе поступающей информации и будет принимать решения контроллер. «Умный дом» может иметь разное наполнение эксплуатируемыми устройствами. В частности, это могут быть сигнализационные системы безопасности, осветительное оборудование, мультимедиа, инжиниринговая коммунальная инфраструктура и т. д. В зависимости от количества объектов, подчиняющихся интеллектуальному управлению, определяется и программа работы контроллера.
Важно отметить многокомпонентность функционала таких средств контроля. Главная их задача ориентируется на управление вышеназванной пользовательской техникой. Однако, для поддержания функции самого контроллера также отводится часть его ресурсов, не говоря о вспомогательных модулях. Кроме того, отдельное внимание при разработке таких систем уделяется способам коммуникации. Например, GSM-контроллеры для «умного дома» оснащаются специальными модемами, передающими данные о состоянии обслуживаемых компонентов непосредственно пользователю через сотовую связь. Если же речь идет об управлении охранных комплексов или инженерных систем, то в случае тревоги или аварии контроллер может программироваться на информирование специальных служб. Причем система GSM является вовсе не единственной из тех, благодаря которым реализуется удаленная связь с владельцем дома.
Составные части контроллера
Базовый набор функциональных компонентов включает центральный управляющий шкаф, дополнительную панель контроля, серверный компьютер, коммутаторы и модемы. На случай прекращения подачи электроэнергии также предусматривается источник бесперебойного питания, но чаще всего он рассчитывается на кратковременное отключение, поэтому в постоянном режиме эксплуатации полагаться на него не стоит. Центральный шкаф, в свою очередь, содержит счетчик энергии, вводный автоматический выключатель, операторскую панель, силовые контакторы и программируемый блок контроллера. Иногда применяются также выключатели линий питания, модули ввода-вывода, упомянутый GSM-модем и т. д. При этом набор может иметь и урезанное количество компонентов - в зависимости от того, какие задачи выполняет контроллер.
«Умный дом» на базе небольшого коттеджа, к примеру, может не иметь модулей ввода-вывода, если в блок управления изначально заложена оптимальная программа работы. Также сокращение количества функциональных единиц может быть обусловлено стремлением к оптимизации ресурсов, требуемых для поддержания работы комплекса. И это не говоря об упрощении системы с целью обеспечения пользовательской эргономики в процессе эксплуатации.
Теперь стоит рассмотреть состав дополнительного шкафа. Как правило, в него включают или дублирующие резервные системы, которые уже присутствуют в составе основного шкафа, или же вспомогательные средства коммуникации, а также системы безопасности. То есть его интеграция в систему повышает надежность функций, которые реализует основной контроллер «умный дом». Оборудование в этом сегменте, к примеру, может быть представлено средствами сетевой локальной коммуникации, усилителями и тем же блоком бесперебойного энергоснабжения.
Какие задачи выполняет контроллер?
Спектр задач, которые может выполнять контроллер, весьма широк и определяется только желанием пользователя, обустраивающего свой дом. Конечно, это в первую очередь относится к управлению электротехникой и компонентами инжиниринга. Сама идея «умных домов» некогда была популярна в связи со стремлением потребителя с максимальным удобством пользоваться Современные контроллеры позволяют управлять дистанционно и в автоматическом режиме домашним и уличным освещением, а также электропитанием в целом. Уже в базовых комплектациях контроллеры для системы «умный дом» ориентируются и на регуляцию электропитания для газового оборудования, холодильников, бойлеров, вентиляционных систем и т. д.
При этом независимые каналы управления могут программироваться в отдельном порядке. Это касается наиболее ответственных объектов. Например, для контроля «теплого пола» зачастую предусматривают линию сложного четырехзонного управления в нескольких помещениях. Это же можно сказать об охранной инфраструктуре, которую обычно обслуживают GSM-контроллеры для «умного дома» с возможностью отправки SMS-сообщений пользователю и на пульты служб безопасности. Причем оповещение может параллельно производиться и по каналам беспроводных модулей коммуникации на базе интернет-соединения.
Принцип работы устройства
Общая концепция систем интеллектуального управления базируется на создании автоматизированного контроля. То есть комплекс изначально настраивается на самостоятельное управление целевыми компонентами «умного дома». Здесь важно отметить, что именно подразумевается под таким управлением. Это может быть настройка температуры котла, «теплого пола», включение или выключение светильников, регулировка параметров работы аудио- и видеотехники и т. д. При этом контроллеры управления «умным домом» могут работать, то есть принимать решения и на основе заранее заложенной программы, и на базе обратной связи от того же оборудования. В первом случае пользователь вводит определенные параметры функционирования с указанием логических цепочек. Классический пример - установка уличного освещения на работу в определенные часы ночью и полное отключение днем.
В случае обработки сигналов обратной связи контроллер действует тоже по изначально заложенной программе, но решения принимаются на основе данных, которые могут меняться в зависимости от текущего состояния обслуживаемой техники. Например, бойлер должен накапливать воду при определенном давлении в системе водоснабжения. От манометра, установленного на линии подачи воды, поступает сигнал с тем или иными показаниями и на их основе система дает уже обратную команду электронике бойлера. Другой вопрос, насколько полезна для пользователя будет команда, которую отдал контроллер. «Умный дом» является интеллектуальной системой, но и она может не оправдать ожиданий, если владелец неверно просчитал режим функционирования в тех или иных ситуациях.
Контроллер «Овен»
В качестве базового решения компания предлагает контроллер модификации ПЛК100, к особенностям которого можно отнести применение для организации каналов обмена информацией. Система рассчитана на обслуживание частных жилых домов с двумя этажами, уличным освещением, напольным обогревом, сигнализацией и т. д. Основным элементом комплекса выступает логический контроллер, связанный с операторской панелью и устройствами ввода-вывода по интерфейсу RS-485. То есть «умный дом» на контроллере «Овен» этой версии может программироваться самим владельцем при его желании. Системы ввода-вывода представлены аналоговым модулем МВА8 и коммутирующими устройствами от производителя INSYTE.
Главное меню оператора имеет 6 блоков управления, каждый из которых берет на себя один из подчиненных сегментов. В частности, это энергоснабжение, система напольного обогрева, осветительное оборудование, средства контроля температуры в разных частях дома, диспетчеризация и событийный журнал. Важно отметить, что это тот же GSM-контроллер для управления «умным домом», посредством которого может производиться отправка SMS. Оповещение в данном случае будет выполняться при аварии в линии энергоснабжения уличного освещения, при неполадках в питающем контуре и т. д.
Контроллер Vera
Сегодня на рынке доступно огромное количество различных контроллеров, но специалисты рекомендуют обращаться к продукции производителей, имеющих большой опыт работы в данном сегменте. И в этом отношении модели семейства Vera имеют огромный запас доверия, поскольку компания существует на рынке много лет. Одним из новейших решений является комплекс VeraEdge. К отличительным чертам этой системы относится компактность, высокая производительность и эргономика. Причем разработка выделяется даже на фоне остальных представителей линейки Vera. Контроллер «умного дома» в этом исполнении привлекателен и технологичной начинкой. Создатели применили высокопроизводительную платформу SoC, частота которой составляет 600 МГц. При этом объем операционной памяти был повышен до 128 Мб.
Главное же нововведение, реализованное в VeraEdge, представляет чип системы Z-Wave Plus. Это уже пятое поколение микросхемы, в то время как большинство конкурентных аналогов все еще работает на платформах третьей генерации. Что это означает на практике эксплуатации? Пользователь может с максимальной нагрузкой использовать протоколы коммуникации, одновременно обслуживая более 200 устройств. Помимо этого, блок снабжен модулем Wi-Fi, что избавляет от сложностей с организацией проводных линий локальной связи. Это тоже новое решение, которым пока не могут похвастаться контроллеры управления «умным домом» от других производителей. Правда, не обошлось и без недостатков системы. К сожалению, она лишена интегрированного источника бесперебойного энергоснабжения.
Контроллер Arduino
Система Arduino предлагает довольно необычное, но вполне логичное решение для управления «умным домом». Ее справедливо называют комплексом, который реализуется своими руками, поскольку участие пользователя в организации контролирующей инфраструктуры в данном случае является основополагающим. Итак, что же предлагается в комплекте Arduino? Основу набора составляет непосредственно логический контроллер небольшого размера, а остальные компоненты представлены датчиками, сенсорами и всевозможными индикаторами. Когда говорилось, что количество компонентов может быть ограничено, то речь шла немного о других принципах сокращения элементов, но контроллер «умного дома» Arduino довел концепцию оптимизации практически до совершенства. Во-первых, все его датчики функционируют по беспроводному принципу, что избавляет от прокладки многочисленных сетей. Во-вторых, для непосредственного управления контроллером используются не традиционные блоки с операторскими панелями, а удобная и современная веб-страница, которая доступна и в качестве мобильного приложения. Что касается самих датчиков, то они представлены устройствами, фиксирующими данные потребления энергии, параметры влажности и температуры, открытие дверей и т. д.
Контроллеры Siemens
Немецкие управляющие контроллеры в основном ассоциируются с автоматизацией процессов в промышленности. Однако, недавно появилась весьма интересная линейка LOGO, в которой представлены системы для «умного дома». Компания при разработке данных комплексов придерживалась традиционного направления, предложив на выходе двухкомпонентную модель. Первичный модуль формирует инфраструктуру ввода-вывода информации, имеет в составе клавиатуру и дисплей. Второй модуль позволяет работать с контроллером через проводной интерфейс, то есть загружать программы с помощью компьютера. Для самостоятельной разработки рабочих режимов производитель предлагает и специальную программу - Soft Comfort. Если система используется как центральный контроллер «умного дома», то для нее вполне можно самостоятельно создавать алгоритмы управления и рабочие схемы. В плане производительности и функциональных возможностей модели этого семейства отличаются гибкостью. Дело в том, что каждую версию контроллера LOGO можно модифицировать посредством введения новых подсистем и модулей, которые и повысят эксплуатационные качества аппаратуры.
Плюсы и минусы контроллеров для «умного дома»
К бесспорным достоинствам контроллеров этого типа можно отметить эффективное решение задач по управлению инжинирингом, мультимедиа и другой бытовой техникой. Действительно, интеллектуальные способности даже простых комплектов дают массу преимуществ рядовым домовладельцам, избавляя их от рутинных действий. В качестве примера достаточно привести типовой Ethernet-контроллер. «Умный дом» под его управлением с помощью сетевых интерфейсов сводится в единую информационную панель, через которую хозяин может отслеживать все необходимые рабочие показатели и данные об эксплуатируемых компонентах. Конечно, есть и недостатки у такого рода контроллеров. К ним относится сложность технической реализации с подключением и введением в пользование, зачастую непростое обслуживание и, конечно, существенная стоимость.
Заключение
Хотя многих потенциальных пользователей управляющих систем «умного дома» настораживает их многокомпонентность и громоздкость, с отдельными их элементами они давно знакомы. Например, электроника в современных котлах, холодильниках, акустических наборах и осветительных приборах нередко действует на тех же принципах. Более того, многие неосознанно делают тот же контроллер для «умного дома» своими руками, когда устанавливают систему безопасности на датчиках и модуле GSM. Только если в случае с охранными комплексами центром выступает панель, связывающая, например, сенсоры движения и детекторы дыма, то рассматриваемые контроллеры обслуживают весь спектр бытовых устройств, которые в принципе поддаются автоматическому управлению. Другое дело, что второй вариант оказывается более требовательным в части энергоснабжения, сложнее в реализации и эксплуатации.
Принято считать, что концепция «Умного дома» (от английского smart house) берет свое начало в середине прошлого века, но из-за высокой стоимости реализации подобные проекты не получили широкого распространения. Ситуация в корне изменилась с развитием электроники и в настоящее время такие системы хоть все еще не внедряются повсеместно, но уже и не воспринимаются как диковинка. Предлагаем рассмотреть, что представляет собой «Умный дом», его круг задач, а также возможность самостоятельной реализации такого проекта.
Что такое система «Умный дом»?
Под данным термином подразумевается программно-аппаратный комплекс, позволяющий автоматизировать и упростить управление различными системами, а также другим оборудованием дома или квартиры.
В качестве примера приведем функции, которые могут быть возложены на «Smart house» (далее SH):
Управление системой освещения, например:
- включать свет по сигналу датчика движения;
- имитация присутствия хозяев (периодически зажигается свет в разных комнатах);
- изменение различных вариантов подсветки интерьера;
- дистанционное управление светом при помощи планшета или смартфона и т.д.
Вариант функционального набора охранной системы:
- получение SMS сообщений в случае включения, отключения и срабатывания системы;
- отправка MMS сообщений с видеокамер при поступлении сигналов от датчиков движения;
- возможность просмотра видеозаписи через Интернет и т.д.
Система климат-контроля:
- поддержка температуры на заданном уровне, с возможностью его установки дистанционно (например, при помощи смартфона);
- установка режима максимальной экономии при отсутствии хозяев и т.д.
Это далеко не полный функциональный набор, он может быть расширен в зависимости от пожеланий и финансовых возможностей. Благодаря развитию беспроводных технологий масштабируемость системы не требует капитального ремонта.
Какие минусы имеет “Умный Дом”:
- Любая электроника не застрахована от сбоев или зависаний. Нужно быть готовым к тому, что в любой момент понадобится перенастройка отдельных электронных систем и компонентов вручную;
- Дороговизна. На рынке России и СНГ производители продают системы по минимальной цене от 2000 долларов до 5000, в зависимости от «начинки» и пожеланий заказчика.
Как сделать дом «Умным»?
В идеале реализация подобных решений должна вестись на этапе строительства, но такой вариант ввиду разных причин не популярен среди застройщиков. В результате остается два способа автоматизации:
- Обратиться в профильную компанию, где на основе ТЗ заказчика будет составлен проект с его последующей реализацией. Минимальная стоимость такого решения варьируется, как уже было сказано выше, в пределах $2000-$5000, максимальная зависит от функционального набора и используемого оборудования.
- Самостоятельно разработать и внедрить систему «Умный дом».
В первом случае заказчик получает готовое решение, под ключ. Во втором, стоимость реализации можно существенно сократить, если не на порядок, то в несколько раз, особенно если использовать для этой цели платформу Ардуино (о ней мы расскажем немного ниже). Необходимо предупредить, для реализации проекта потребуются навыки программирования, но разработчики постарались максимально упростить эту задачу.
Кратко о платформе
Основа платформы это плата с микроконтроллером (далее МК) и электронным обвесом к нему. К контролеру выпускается множество различных датчиков и плат расширения с теми или иными функциями.
Обозначение:
- Порт для перепрошивки (стандартный USB).
- Кнопка аппаратного сброса.
- Сигнал опорного напряжения.
- Контакты для цифровых сигналов.
- Сигнал ТХ.
- Сигнал РХ.
- Порт для подключения внешнего программатора.
- Контакты для аналоговых сигналов.
- Подключение внешнего питания.
- +5 В.
- +3,3 В.
- Сигнал сброса.
- Разъем для источника питания.
- Микроконтроллер.
Особенность платформы заключается в том, что процесс программирования МК максимально упрощен. Прошивка при помощи встроенной программы-загрузчика через имеющийся на плате порт USB. На случай случайного «затирания» этой программы предусмотрена возможность перепрошивки стандартными программаторами.
Для программирования используется бесплатная оболочка (Arduino IDE), совместимая с наиболее распространенными операционными системами (Windows, Linux, Mac OS). В эту оболочку входит текстовый редактор для написания программ, компилятор и библиотеки. В качестве базового языка программирования используется упрощенный вариант С++. Более полную информацию о программировании МК можно получить на сайте разработчика и тематических форумах. В этих же источниках можно узнать все о визуализации управления системой.
Оболочка для программирования Ардуино
Ориентировочная стоимость оригинального базового модуля $30 – $50 (в зависимости от модификации), китайских аналогов – $10-$16.
Примеры плат расширения и датчиков
Приведем краткое описание шилдов, которые могут понадобиться при разработке собственного проекта SH.
Модуль для подключения к локальной сети или интернет по стандартному протоколу TCP/IP. В качестве основного элемента используется контроллер ENC28J60. Данное устройство позволяет организовать визуализированное управление системой с веб-сайта.
Подключение сетевого модуля к Ардуино
Модуль GPRS/GSM SIM900 позволяет осуществлять управление системой при помощи обмена данными через сеть любого мобильного оператора. Для подключения к сети используется стандартная SIM карта. Имеется возможность отправки SMS и ММС сообщений, в библиотеке модуля реализована поддержка других функций.
Реле электромеханического действия на 10 А 250 В, может использоваться для управления освещением или другой соответствующей нагрузкой. При подключении питания включается светодиод красного цвета, если реле срабатывает, то дополнительно загорается зеленый индикатор. Сигнал можно подавать от любого цифрового выхода МК.
К сожалению, при максимальной нагрузке или близкой к ней у электромеханических реле, через несколько недель работы могут начать залипать контакты, поэтому для управления работой электрокотлов системы отопления они не подходят. Но не стоит расстраиваться, для платформы Ардуино можно найти модули на все случаи жизни, в данной ситуации решить проблему можно при помощи твердотельного реле, например SSR-25DA.
Обозначения:
- GND на базовой плате.
- К цифровому выходу, например, D
- Питание от сети 220 В.
- Подключение нагрузки.
Обратим внимание, что данный модуль реализован на симисторе, а для его стабильной работы требуется отвод тепла, поэтому рекомендуем вместе с модулем приобрести и штатный радиатор.
Датчики
Теперь рассмотрим несколько типов датчиков, которые также могут быть полезны для проекта, начнем с ИК устройства HC-SR501, фиксирующего движения.
Обозначения:
- Питание от источника в диапазоне 5-12 В (можно подключить к +5 В на плате контроллера).
- Сигнал, исходящий от датчика (подключается к любому цифровому входу МК)
- GND соединяется с соответствующим контактом базовой платы.
- Время задержки (удержание логической единицы на выходе) – от 5 до 300 сек.
- Чувствительность датчика (можно установить от 3 до 7 метров).
- Переключатель в режим «Н» (при серии срабатываний устанавливается логическая единица).
- Установка режима «L» (при активации посылается одиночный импульс).
Не менее полезным будет цифровой температурный датчик DS18B20 (изготавливается в герметичном и обычном исполнении). Их особенность заключается в том, что устройства не требуют калибровки и каждое из них имеет собственный уникальный идентификатор. То есть, датчик передает данные температуры и свой уникальный номер. Благодаря этому на один шлейф можно установить несколько датчиков и программно обрабатывать поступающую информацию. Ограничение длины сигнальных проводов – 50 метров.
Завершая тему датчиков, приведем модуль для измерения влажности, он может быть использован в качестве сигнализатора протечки воды или для организации полива комнатных или тепличных растений.
Обозначения:
- Цифровой выход, подключается к любому соответствующему разъему на базовой плате МК. Сигнализирует о влажности, соответствующей порогу срабатывания.
- Аналоговый выход, информирует о текущей влажности.
- Питание +5 В.
- Управление порогом чувствительности.
Мы привели только три типовых датчика совместимых с платформой, на самом деле их значительно больше. Ознакомиться с разнообразием данной продукции можно на сайтах производителей.
Закончив с обзором оборудования, перейдем к проектированию системы управления и автоматизации, начать необходимо с постановки задачи.
Определение начальных условий
В первую очередь необходимо определиться с постановкой задачи, то есть, с функциональностью системы. Допустим, у нас имеется однокомнатная квартира, которую можно условно разделить на следующие зоны:
- Тамбур.
- Прихожая.
- Туалет, совмещенный с ванной комнатой.
- Кухня.
- Жилая комната.
Задача: автоматизировать управление освещением, бойлером и системой вентиляции.
Поставим задачи для каждой из зон.
Тамбур
В данном случае можно автоматически включать свет при приближении к входной двери. То есть, потребуется датчик движения. При этом необходимо учитывать уровень освещенности, соответственно, автоматика должна срабатывать только в темное время суток. Для этого понадобиться датчик GY302 или аналогичный (в обзоре мы не приводили его, но найти описание не составит проблем). Включение и выключение лампочки (через заданное в программе время) можно доверить твердотельному маломощному реле, например G3MB-202P, рассчитанному на ток нагрузки 2 А.
Прихожая
Управление освещением в данной зоне можно организовать по тому же принципу, что и в тамбуре. Можно добавить включение света при открытии входной двери. В качестве датчика подойдет типовой дверной геркон.
Туалет и ванная комната
Включение бойлера можно связать с наличием в квартире хозяев. Если никого нет, автоматика принудительно отключает нагреватель воды при помощи модуля SSR-25DA. Отслеживать температуру нагрева нет смысла, поскольку данные устройства самостоятельно отключаются при достижении заданного порога. Свет и вытяжка должны включаться автоматически при входе человека в эту зону, и отключаться через определенное время, если не обнаруживается движение.
Автоматизация кухни
Управление освещением данной зоны можно оставить ручным, но дублировать его автоматикой, отключающей свет, если движение не обнаруживается длительное время. При работе электро или газовой плиты должна включаться вытяжка и отключаться через некоторое время после приготовления пищи. Управлять работой вытяжки можно при помощи термодатчика, фиксирующего повышение температуры при включении плиты.
Жилая комната
В данном помещении управлять освещением лучше вручную, но можно реализовать возможность автоматического отключения света при достаточном уровне освещенности.
Приведенный пример довольно условный, поскольку алгоритм работы Умного дома каждый разрабатывает в зависимости от личных предпочтений.
Особенности терморегуляции
В заключение дадим несколько рекомендаций по управлению отоплением. Следует учитывать большую инерционность данной системы. Велика вероятность того, что управление посредством простого включения и отключения отопления, в соответствии с заданным температурным диапазоном, могут создать довольно дискомфортные условия. В данном случае следует использовать алгоритм PID-регуляции, в сети доступна библиотека с его реализацией для Ардуино.
Не вдаваясь в подробности можно описать работу данного алгоритма следующим образом:
- Производится анализ между необходимой и текущей температурой в помещении, и по результату устанавливается определенная мощность отопительной системы.
- Производится учет постоянных теплопотерь. Они могут зависеть от уличной температуры или других факторов. Поэтому при достижении заданной температуры, отопление не отключается полностью, а снижается до уровня необходимого для компенсации теплопотери.
- Последний фактор, влияющий на работу алгоритма, учитывает инерционность системы отопления, что не допускает выход температуры за установленный диапазон.
Как вы предпочли бы включать свет или открывать двери в доме: при помощи выключателей, настенных сенсорных панелей или из интерфейса своего смартфона? Или вы любите, чтобы все процессы проходили автоматически – по расписанию или реагируя на движение, температуру, изменение других параметров? А быть может, вам больше понравилось бы проговаривать команды вслух: «Сезам, откройся!..» В умном доме возможен любой из этих вариантов – вместе или по-отдельности.
Идеальное управление умным домом должно быть организовано таким образом, чтобы бытовые приборы и компьютерная техника, осветительное и климатическое оборудование, охранные системы и медиаустройства в вашем жилище быстро и беспрекословно выполняли ваши приказы, услужливо подстраивались под ваш привычный распорядок, заботясь о комфорте и безопасности вашей семьи, как старый верный дворецкий. И это отнюдь не фантастика, не сказки о «невидимых слугах»: компания BMS Traiding уже не первый год успешно реализует подобные системы управления в квартирах и частных домах, в гостиницах и офисах.
Комфорт в управлении, по сути, является одной из главных причин, по которой люди начинают интересоваться технологией smart house.
Давайте подробнее рассмотрим варианты, уже сейчас доступные для установки в вашем доме или офисе.
Основы системы управления «умный дом»
Управление освещением , климатом , безопасностью и прочими компонентами умного дома может быть организовано самыми разными способами. Однако основных направлений всего два – и каждый из вариантов нужен, по-своему хорош и востребован в определённых ситуациях. Вместе они составляют сбалансированную систему контроля дома.
«По щучьему велению, по моему хотению!» Нажимаете ли вы аналоговую клавишу выключателя или лёгким касанием активируете нужный процесс при помощи сенсорного экрана, включаете ли вы свет, лёжа на диване у себя в гостиной или активируете систему отопления, находясь в автомобильной пробке по дороге с работы – в данном случае не имеет значения. Всё равно умный дом начинает выполнять ту или иную функцию только после вашего непосредственного распоряжения. Можно было бы назвать этот способ «мануальным», но ввод команд, исполняемых smart-системой, может осуществляться не только «вручную», но и голосом. Согласитесь, что нет принципиальной разницы между нажатием на кнопку и произнесением условной фразы «Ёлочка, зажгись». Так или иначе, решение принимает человек. Причём, принимает его не заблаговременно, программируя реакцию дома на ту или иную ситуацию, а «здесь и сейчас». Впрочем, «здесь» из этой связки можно исключить: никто не помешает вам включить кондиционер в своей московской квартире с компьютера в Сиднее или смартфона в Лиссабоне.
Плюс такого способа взаимодействия с домом: вы получаете именно то, что хотите в настоящий момент. Сказано – сделано! Минус: придётся всё же приложить какое-то минимальное усилие – нажать на кнопку, произнести слово.
«Сам себе режиссёр» Управление домом голосом – это удобно и к тому же весьма эффектно: только представьте себе реакцию ваших гостей на ваш диалог с «невидимыми слугами»! Но по-настоящему «умным» ваше жильё можно назвать только в том случае, когда оно научится самостоятельно реагировать на ту или иную ситуацию, не дожидаясь ваших прямых указаний. Вариант, при котором решение принимает дом выводит вас на совершенно иной уровень комфорта. И мы не случайно провели в заголовке аналогию с режиссурой: дело в том, что этот способ взаимодействия напрямую связан с выполнением так называемых «сценариев», представляющих собой комплекс неких действий, направленных на достижение того или иного результата. При этом умный дом «знает» не только момент, в который нужно начать действия, но и условия, при которых их нужно завершить. Каким образом система понимает, что нужно открыть форточки или включить кофеварку? На помощь приходят всевозможные датчики – освещения, температуры, движения и пр. С другой стороны, для многих сценариев уместна активация по расписанию или по таймеру.
Плюс делегирования полномочий smart-системе очевиден: приятно, когда всё происходит «само собой». Однако имеется и минус: далеко не все ситуации можно запрограммировать заранее. Технологии ещё не настолько продвинулись, чтобы дом мог по-настоящему думать и самообучаться.
ИЗБАВИТЬСЯ ОТ НЕДОСТАТКОВ каждого из способов не так уж сложно. Сбалансированные системы, которые проектируются и реализуются компанией BMS Traiding, задействуют оба варианта. Таким образом, если умный дом вдруг не догадался, что вам холодно, несмотря на оптимальную (запрограммированную) температуру в помещениях – вы всегда можете форсировать активацию отопления при помощи мануального или голосового управления. Устали на работе, хотите лечь спать пораньше? Кроме включаемого по расписанию сценария «Ночь» остаётся целый ряд простых способов выключить телевизор и погасить свет – выключатель на стене или смартфон на прикроватной тумбочке позволят вам сделать это без особых хлопот. И поверьте, умный дом не станет вам возражать: «Позвольте, у меня в сценарии записано, что сейчас время просмотра вечерних новостей…» Хотя, конечно, может тактично предупредить о том, что слушать музыку на полную громкость в три часа ночи чревато конфликтом с соседями. Или что включение всех отопительных приборов на полную мощность не имеет особого смысла, поскольку входная и балконная двери открыты нараспашку.
Заинтересовало? Оставьте заявку на звонок!
Способы взаимодействия с умным домом
Чтобы дом понимал нас, исполнял наши пожелания и следовал нашему настроению, требуются «посредники», которые принимают наши распоряжения и передают их системе. И даже в том случае, когда речь идёт о полной автоматизации процесса принятия решений, без некоего «связующего звена» между человеком и центральным компьютером (контроллером?) в умном доме не обойтись. Согласитесь, что без возможности вмешаться в работу хоть и умной, но машины, психологически вы будете чувствовать себя не очень комфортно. Так что не спешите демонтировать настенный выключатель, установив в комнате датчик освещения или движения.
Что касается инструментов управления домом – их существует несколько типов. Хотя по большому счёту основных групп всего две: стационарные и мобильные. Компания BMS Traiding готова предложить вам любой из имеющихся на рынке оборудования smart house вариантов. Давайте посмотрим, что имеется в арсенале наших специалистов.
Стационарные инструменты управления
Настенные панели представлены сегодня в достаточно широком ассортименте, чтобы выбрать оптимальное по бюджету и функциональности решение для каждого индивидуального случая. Вовсе не обязательно, кстати, монтировать по всему дому самые «навороченные» выключатели: в ванной можно установить аналоговый или сенсорный выключатель с простейшим набором функций – достаточно 2-4 позиций. Но, к примеру, управление освещением в гостиной с десятком независимых источников света будет гораздо удобнее осуществлять посредством тачскрин-панели.
Высококлассные панели западных производителей – это не только интерфейс для взаимодействия с системами умного дома, выведенный на закреплённый на стене небольшой сенсорный экран. Например, в настенный тачскрин с диагональю 4,3 дюйма HDL-MPTLC43.46 Enviro встроен датчик, контролирующий температуру воздуха в комнате. Данные, получаемые с него, можно использовать для запуска сценариев в автоматическом режиме. Или просто выводить текущую температуру на экран, с тем, чтобы принять решение самостоятельно. Enviro оснащён инфракрасным приёмником. А ещё этот экран «засыпает», когда им не пользуются, активируясь при вашем приближении.
Впрочем, «кнопочная» панель HDL-MPL8.48 имеет все вышеописанные функции. Да ещё и термостат в придачу! Что касается удобства интерфейса – это дело привычки и вкуса. Компактный жидкокристаллический дисплей достаточно наглядно отображает статус кнопок, позволяет переключать сценарии или управлять отдельными функциями дома. А для небольших помещений мы порекомендовали бы простейшую (но отнюдь не примитивную) панель HDL SB-WS4M-EU. С виду – обычный выключатель, даже дисплея нет (правда есть подсветка). Но панель поддерживает диммирование, её можно настроить на выполнение до 99 сценариев.
К группе стационарных можно также причислить устройства для приёма голосовых команд. Микрофоны могут быть встроены в панели или выноситься отдельно.
Автоматизация все шире внедряется в повседневную жизнь современных людей. И если раньше вершиной прогресса можно было считать автоматизированное производство, то теперь даже быт, квартиру или частный дом, можно достаточно просто кардинально улучшить, привнеся туда концепцию «умный дом». Ведь сегодня системы «умный дом» призваны не только оптимизировать расходы на электроэнергию, но в первую очередь — сделать жизнь человека более комфортной. О возможностях современных систем «умный дом» и пойдет речь в нашей статье.
Объединить в одну систему домашний кинотеатр, управление освещением, водоснабжение, систему видеонаблюдения, контроль климата, электроснабжение и контроль доступа, газоснабжение и мультирум, - вот задача, которую решает сегодня система «умный дом». Давайте пройдемся последовательно по каждому из пунктов, рассмотрим, что же вообще могут современные системы автоматизации применительно к нашему быту.
Климат-контроль
Микроклимат общественных и жилых помещений сильно влияет на нашу работоспособность, да и на здоровье в целом. Условия воздушной среды в помещениях меняются в зависимости от режимов работы климатической техники. Отопительное и вентиляционное оборудование, осветительная техника, другие приборы, - все это в совокупности оказывает определенный суммарный эффект на человеческий организм, на самочувствие, на здоровье в конце концов. А техника становится все сложнее.
Автоматизированные системы позволяют не только оперативно контролировать и осуществлять управление всей этой техникой, но в конечном итоге заботятся о нашем здоровье. При помощи датчиков отслеживается текущее состояние воздуха в помещении, а посредством панелей управления происходит корректировка режимов работы кондиционеров и приточной вентиляции, и отопления. То есть климат настраивается автоматически под требования человека, которые задаются предварительными настройками.
Так климат-контроль позволяет следующее. Управление качеством воздуха в зависимости от погоды за окном и от времени суток. Своевременное проветривание помещений путем управления отоплением и открыванием окон.
Управление работой теплого пола. Поддержание оптимальных температуры и влажности индивидуально в каждом помещении. Например помещение для хранения продуктов требует своего особого климата, который отличается от климата в гостиной или на кухне и т. д.
Управление температурой, влажностью, интенсивностью притока свежего воздуха, системой очистки воздуха и озонированием. В каждой комнате условия должны быть своими, наиболее подходящими для каждого члена семьи, с учетом места в доме, где эта комната расположена: какая-то севернее, какая-то южнее, - и управление в каждом случае будет индивидуальным.
В детской недопустимы сквозняки, в спальне должно быть потеплее, в ванной комнате пол должен быть вовремя подогрет, и не нужно держать его теплым все время. То есть управление получается оптимальным, чтобы эффект энергосбережения также имел бы место.
Настройка варьируется в соответствии с образом жизни семьи или коллектива. В выходные дни подача тепла в рабочие помещения снижается или отключается.
Автономная система отопления загородного дома — наоборот включается на выходные. Котел дистанционно включается или переводится в экономичный режим и т. д. Все рационализируется для сочетания экономичности и комфорта жизнедеятельности. Это особенно касается водоснабжения, электроснабжения и теплоснабжения.
Развлечения
Уже давно никого не удивишь домашним кинотеатром. Но управлять из разных мест звуком и видео, а также стереосистемами, расположенными по всей квартире — эти функции как раз реализуются при помощи системы «умный дом».
Домашний кинотеатр подключается к автоматизированной системе, и весь комплекс мультимедийного оборудования вместе со вспомогательными устройствами гармонично интегрируется в квартиру. Источников звука и видео может быть несколько, и они могут быть многоканальными: акустические системы, ресиверы, плазменные панели, проекторы, - все управляется напрямую или дистанционно из любого места помещения.
Вы можете смотреть фильмы и передачи, слушать музыку во всех комнатах или только в нескольких, запрограммировать сценарий и активировать его одной кнопкой с сенсорной панели или с пульта. Программу сценария можно вписать в индивидуальные условия: жалюзи закрываются, свет гаснет или становится менее интенсивным, включается плазменная панель, выдвигается проектор, запускается плеер.
Программы сценариев можно редактировать, настраивать по времени для автоматического запуска, устанавливать сопутствующие настройки для просмотра кино, например включить кондиционер возле места где установлен домашний кинотеатр, если стоит жаркая погода.
Функция «мультирум» - это как раз та функция, которая позволяет слышать звук или смотреть видео в нескольких независимых зонах квартиры. Появляется возможность регулировать громкость из любой комнаты, в каждой из которых установлены кнопочные или сенсорные, настенные или настольные панели управления, а также имеются пульты дистанционного управления.
Что может быть более выразительным признаком интеллектуальности системы «умный дом», чем умное управление освещением? Освещение в «умном доме» является поистине разумным и поэтому экономичным. Ресурсы электроэнергии в квартире, в доме или в офисе используются максимально экономно, без ненужной расточительности.
Достоинство автоматизированной системы управления освещением в том, что она, опираясь на данные с датчиков внешнего и наружного освещения, а также на данные таймеров, позволяет включать и выключать свет нужной яркости и только там, где это действительно необходимо. К тому же открывают широкий простор для творчества. Кроме того доступна опция имитации присутствия хозяев.
Современная система «умный дом» является комплексом технологий комфорта, безопасности и экономичности. Стабильность обеспечивается интеграцией на случай отключения централизованного электроснабжения, чтобы электроника оставалась работоспособной всегда.
Аккумуляторные батареи и инверторы, зарядные устройства и жидкотопливные генераторы устанавливаются в систему и программно интегрируются. В момент отключения электроэнергии система автоматически перейдет на резервный источник, в крайнем случае от аккумуляторов останутся запитаны системы безопасности и наиболее важное оборудование.
Автоматизированная система обеспечения безопасности
Система «умный дом» включает в себя, как часть, охранно-пожарную сигнализацию и видеонаблюдение, чтобы как пребывание хозяев в доме, так и их отсутствие были бы безопасными и для дома и для самих хозяев. Здесь может быть установлен и видеодомофон и система охраны периметра для защиты от непрошеных гостей.
Что касается безопасности вообще, то система «умный дом» способна обеспечить: защиту от коротких замыканий в электропроводке, защиту от протечек воды, защиту от утечек газа, посредством срабатывания датчика дыма и включения системы автономного пожаротушения, автономное электроснабжение, сигнализацию, автоматический вызов спасательной службы.
Так, «умный дом» защитит себя и хозяев от любых опасных ситуаций, ведь в систему могут быть включены: автоматизированные ворота и двери, автоматические защитные ставни, система видеонаблюдения, охранная сигнализация, датчики присутствия, задымления, утечки газа и т.д.
Контроль доступа в помещение, видеонаблюдение за прилегающими территориями, включение прожекторов при проникновении через периметр — еще три плюса в копилку достоинств. Через интернет хозяин сможет удаленно получить картинку с любой из камер системы видеонаблюдения, сюда же можно отнести и функцию видеоняни.
Видеонаблюдение как таковое
Интеллектуальное видеонаблюдение — одна из главных составных частей современных «умных домов». Видеокамеры подключаются к интернету, и позволяют получить к себе доступ из любой точки земного шара.
Хозяин может быть за границей, при этом оперативно наблюдать любую из зон, и видеокамеры здесь могут быть управляемыми. Например управляемыми камерами обычно оснащают калитки, дворы, расположенные неподалеку постройки, площадки возле дверей квартир. Работа видеокамеры может быть сопряжена с датчиком движения, а сигналы могут подаваться на контрольный центр.
Интернет и спутниковые телевизионные сети, как основные источники информации, удобно интегрируются сегодня в системы «умный дом». Находясь внутри дома, хозяин может получать информацию, и направлять ее в различные помещения, на телевизоры и мониторы. Это касается и передачи информации, получаемой с систем видеонаблюдения. Благодаря функции «мультирум» открываются все эти возможности. Безусловно, через интернет возможно настроить при желании и удаленное управление.
Управление с мобильного телефона посредством прямых голосовых команд и по смс доступно сегодня для владельцев систем «умный дом». Вы можете также настроить переадресацию телефонных звонков и на свой мобильный телефон, если находитесь вне дома, даже будучи в другой стране.
В случае необходимости вы сможете впустить гостей в дом, просто послав соответствующую команду с мобильного телефона своей автоматизированной системе. Аналогичные возможности удобно реализуются и через интернет, достаточно будет найти Wi-Fi для смартфона или ноутбука.
Андрей Повный
