У́мный дом (англ. Smart House) - жилой дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств. Электронные бытовые приборы в умном доме могут быть объединены в домашнюю Universal Plug’n’Play - сеть с возможностью выхода в сети общего пользования.Содержание

Понятие «умный дом» было сформулировано Институтом интеллектуального здания в Вашингтоне в 1970-х годах: «Здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства…»

Стоит разделять понятия «умный дом» и «системы жизнеобеспечения». Отдельные системы обладают лишь необходимыми интерфейсами управления и контроля. Концепция «Системы интеллектуального управления зданием» предполагает новый подход в организации жизнеобеспечения здания, при котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность управления всех систем эксплуатации и исполнительных устройств здания.

Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем различных производителей в единый управляемый комплекс.

Под «умным домом» (intelligent building) следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Английское слово intelligent, буквально означающее «разумный», «понятливый», в сочетании со словом building использовано в значении «гибкий, приспосабливаемый».

«Умный дом» в первоначальном смысле означает «здание, готовое к изменениям» или «приспосабливаемое (гибкое) здание», инженерные системы которого способны обеспечить адаптацию к возможным изменениям в будущем.

Здание проектируют таким образом, чтобы все системы его управления могли интегрироваться друг с другом с минимальными затратами, а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом. Проект обязательно предполагает возможность наращивать и видоизменять конфигурации инсталлированных систем.

Со временем здания обретут «искусственный интеллект». Тогда с полным основанием можно будет называть их интеллектуальными. Системы смогут отслеживать работу и состояние всей «начинки» здания, включая ограждающие конструкции, и самостоятельно принимать решения в изменяющихся обстоятельствах.

Под термином «умный дом» обычно понимают интеграцию в единую систему управления зданием следующих систем:

Систему отопления, вентиляции и кондиционирования

Охранно-пожарную сигнализацию, систему контроля доступа в помещения, контроль протечек воды, утечек газа

Систему видеонаблюдения

Сети связи (в том числе телефон и локальная сеть здания)

Систему освещения

Систему электропитания здания (АВР, промышленные ИБП, дизель-генераторы)

Механизацию здания (открытие/закрытие ворот, шлагбаумов, электроподогрев ступеней и т. п.)

Управление с одного места аудио-, видеотехникой, домашним кинотеатром, мультирум

Телеметрия - удалённое слежение за системами

IP-мониторинг объекта - удалённое управление системами по сети

GSM-мониторинг - удалённое информирование об инцидентах в доме (квартире, офисе, объекте) и управление системами дома через телефон (в некоторых системах при этом можно получать голосовые инструкции по планируемым управляющим воздействиям, а также голосовые отчеты по результатам выполнения действий).

На сегодняшний день технологии позволяют строить домашнюю автоматизацию покомпонентно - выбирать только те функции умного дома, которые действительно нужны. Модульная структура позволяет создавать системы не высокой стоимости, с гарантией 100 % использования.

Один из самых старых и одиозных проектов - коттедж Билла Гейтса. Этот проект, как и множество литературы по научной фантастике, породил огромное количество мифов об «умном доме».[источник не указан 418 дней]

В 1995 году разработчики технологий Java предрекали одним из основных назначений для этой технологии увеличения интеллекта бытовых приборов - например, холодильник сам будет заказывать продукты из магазина. Промышленного распространения эта идея не получила, но такие компании, как Miele и Siemens, уже выпускают бытовую технику с возможностью включения в «умный дом». Правда, эти решения основываются на QNX, а не на Java.

А вот функция выключить весь свет одной кнопкой, как и возможность включать и выключать его из разных мест, сегодня активно реализуется почти во всех проектах домашней автоматизации.

Умный дом как домашняя автоматизация развивается не только в России. Все технологии и системы, которые используются в России, разработаны и производятся в Европе, США и Китае. Основное различие видится скорее в предназначении и в подходе инсталяторов.

В Европе проекты автоматизации частных домов и квартир готовит сам разработчик и производитель систем, инсталятору же отводится роль фактически обычных, но квалифицированных монтажников, работающих строго по схеме.

В России инсталятор является важнейшей фигурой в создании умного дома. Как правило он работает со многими производителями систем автоматизации, это позволяет ему подбирать систему максимально оптимально для решения поставленных перед автоматизацией задач. После этого он сам занимается проектированием, монтажом, продажей и запуском построенного умного дома.

Технологии

LanDrive - наиболее доступная на сегодняшний день платформа для построения шинных распределённых систем управления внутренним и уличным освещением, силовыми нагрузками, электроприборами, а также такими системами, как отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа и протечек воды. Также возможно управление аудио- и видеотехникой, домашними кинотеатрами, жалюзи, рольставнями, шторами, воротами, насосами, двигателями. В основном ориентирована на применение в составе «умного дома», но в последнее время всё чаще применяется в системах учёта и сбережения энергоресурсов, контроля доступа, охранно-пожарных системах.

LCN - немецкая система автоматизации как для домашней так и для промышленной автоматизации. Полностью распределенный интеллект. В качестве среды передачи используется обычный электрический провод сечением жил 1,5 или 2,5 мм2. Реализуется управление практически любым оборудодванием. Оптимальное соотношение цена/возможности.

iRidium Mobile - программный комплекс для управления системами умный дом с мобильных устройств iPhone, iPad, iPod touch и любых устройств под управлением Windows XP/7, Windows mobile/Ce.

BPT - система домашней автоматизации с распределённым интеллектом, использующая закрытый протокол передачи данных. В качестве шины используется стандартная витая пара UTP. Реализуется управление освещением, домашней автоматикой, кондиционированием, отоплением, инженерной и охранной сигнализацией, домофонией. Основные мотивы выбора данной системы - низкая стоимость оборудования, простота монтажа и пуско-наладки. Система совместима с любыми типами электроустановочных изделий.

MyHome SCS Интегрируется посредством OpenWebNet-шлюза с системами от различных производителей.

EIB (European Installation Bus - «Европейская инсталляционная шина»).

UBI (Универсальный шинный интерфейс). Данный интерфейс обеспечивает комбинированную передачу по витой паре (UTP, FTP) сигналов управления умным домом, сигналов Ethernet (компьютерная сеть, цифровое видеонаблюдение, цифровое телевидение и телефония, Интернет). Своими идеей и корнями уходит к концепции взаимодействия открытых систем на базе международной многоуровневой модели ISO OSI. В будущем все здания станут интеллектуальными, и будут объединены между собой. По мнению большинства специалистов[источник не указан 418 дней], модель взаимодействия открытых систем OSI идеально подходит для объединения в единое целое решений и технологий различных производителей электронного оборудования, будь то электроника стиральной машины, домашнего кинотеатра, системы вентиляции здания или легкового автомобиля. Уже сейчас многие производители (например, Legrand) оборудования для инженерных сетей интеллектуальных зданий предпринимают немалые усилия по унификации кабельных систем под разные технологии и разное назначение. Введено понятие «Оптимальных сетей».[источник не указан 418 дней] В правильно спроектированном интеллектуальном здании структурированные кабельные системы и оборудование автоматизации здания не зависят друг от друга. Конечному пользователю не нужно заботиться о том, чтобы в конкретном месте была телевизионная розетка или телефонная. Кабельные системы универсальны и унифицированы. То есть назначение для розетки можно придумать потом. Также потом можно выбрать и конечную реализацию системы автоматизации (будь то EIB, C-BUS, X-10 или что-либо еще). Существуют и получают распространение технологии динамического управляемого «переключения» назначения конечных точек подключения (например, розеток). За доли секунды телефонная розетка превращается в телевизионную. Пользователю лишь остается переткнуть соединительные кабели в другое конечное оборудование (поменять телефонный патч-корд на телевизионный).

C-Bus (protocol) - протокол для домашней автоматизации, а также автоматизации зданий, спортивных сооружений и т. д.[источник не указан 324 дня] C-Bus - это система с распределённым интеллектом (без центрального процессора), использующая кабель 5-категории (Cat.5), длина которого в одном сегменте может составлять 1000 м. Таких сегментов в одну систему можно объединять до 255. В сети используется 36 В переменного тока. Протокол C-Bus используется в Австралии, Новой Зеландии, Азии, на Ближнем Востоке, в России, США, Южной Африке, Великобритании и других частях Европы, включая Грецию, Прибалтику, Румынию и другие страны. В США C-Bus представлен под маркой «SquareD Clipsal». Протокол C-Bus был создан Clipsal Integrated Systems для использования в системах домашней автоматизации и системах управления освещением зданий.

Helvar - для систем управления освещением использует протокол DALI и DSI.

AMX - система домашней автоматизации одноимённой компании.[источник не указан 324 дня] Централизованная. Протоколы закрытые. Изначально применялись собственные шины передачи данных. Новые линейки оборудования AMX используют для передачи стандартные протоколы Ethernet, Wi-Fi и Zigbee. Имеет шлюзы для сопряжения с другими системами (EIB, LON и др.).

Crestron - протокол управления систем автоматизации и мультимедийными системами.[источник не указан 324 дня] Разработан компанией Crestron (США). Протокол закрыт. Основной конкурент - AMX (США).

X10 - протокол управления электроприборами. Сигнал передается по электрическим проводам либо в радиодиапазоне. Недостатки - низкая скорость передачи информации и помехозащищенность, проблема ложного срабатывания, отсутствие обратной связи приёмника с передатчиком, возможны конфликты устройств X10 разных производителей и несанкционированный доступ к устройствам X10 по электросети.

Z-wave запатентованный беспроводный протокол связи, разработаннй для домашней автоматизации, в частности для контроля и управления на жилых и коммерческих объектах. Технология использует маломощные и миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в бытовую электронику и различные устройства, такие как освещение, отопление, контроль доступа, развлекательные системы и бытовую технику.

LUXOR[источник не указан 324 дня] - система локального управления освещением и климатом. Используется обычный электрический кабель и выключатели. Система производится Theben AG. Протокол закрыт. Основные мотивы выбора данной системы - низкая стоимость оборудования, простота монтажа и пусконаладки. Система совместима с любыми типами электроустановочных изделий.

Smart Bus[источник не указан 258 дней] - шина, разработанная в Канаде. Данная система умный дом является идеальной в сочетании отношения цена-качество.

ONE-NET - открытый протокол беспроводной сети передачи данных, разработанный для целей автоматизации зданий и управления распределёнными объектами.

R-BUS - шина разработанная совместно Российским и Китайским предприятиями с открытым протоколом передачи данных, предназначена для автоматизации больших и малых сооружений.

DOMINTELL - централизованная система домашней, офисной и гостиничной автоматизации. Использует интерфейс RS485 для обмена данными между модулями. Имеются шлюзы Ethernet TCP, UDP, RS232, B&O, DMX(управление светом). Открытая система команд управления «Light Protocol». Была разработана в 1999 году в Бельгии.

Существует два различных принципа построения подобных систем: централизованное (например, IHC от Lexel) и децентрализованное на основе инсталляционной шины (EIB, LonWork, Crastron и др.)

В функции умного дома входит

Управление светом

Управление светом позволяет пользователю создавать световые сценарии из неограниченного числа источников света с различной яркостью, включать их одновременно или с задержкой, имитируя, например, эффект «бегущих огней».

Используя специальные световые светорегуляторы можно не только менять яркость, на которую загорается лампа при включении, но и время, за которое будет достигнута эта яркость.

Функция постоянного контроля освещенности предназначена в основном для офисных помещений и дает возможность поддерживать заданную пользователем освещенность рабочей поверхности независимо светит ли солнце или небо укрыто тучами.

Автоматическое включение наружного овещения в зависимости от времени суток и присутствия людей не только обеспечит дополнительный комфорт, но и отпугнет непрошенных гостей.

Управление микроклиматом

Система постоянно измеряет температуру индивидуально в каждой комнате и поддерживает ее на заданном Вами уровне, управляя непосредственно клапанами радиаторов или заслонками кондиционера, а также, при необходимости, автоматически включает или выключает вентиляцию.

Каждый день EIB помогает Вам экономить денежные средства благодаря различным режимам работы системы: комфортный режим, ночной режим, режим «никого нет в доме». Смена режимов происходит по расписанию или по команде пользователя. Достаточно лишь однажды задать температуру на дисплее сенсорной панели в комнате для каждого из режимов.

Система отопления / кондиционирования выключится автоматически для сбережения энергии, если окна комнаты будут открыты для проветривания (сигнал об этом пошлет межрамный контакт).

В летнее время их ламели автоматически поворачиваются под определенным углом и предотвращают попадание внутрь комнаты излишнего солнечного света, не уменьшая светового потока. Тем самым они препятствуют нагреванию помещения и помогают экономить электроэнергию, расходуемую кондиционером.

Умный дом ведет запись всех событий, которые происходили в нем за время вашего отсутствия: кто и когда приходил, сколько времени находился в доме, какие подозрительные личности долго крутились возле него. Их лица и действия зафиксированы в его памяти.

Непрошенных гостей поджидают неприятные сюрпризы в виде ослепляющего света и звуковой сирены. Кроме того, об их проникновении в Дом сообщит по телефону пользователю и вызовет охрану.

Аварийные ситуации.

При возникновении аварийных ситуаций (например, протечки воды) Дом не только проинформирует пользователя и соответствующую службу, но и предпримет необходимые меры по локализации аварии (прекратит подачу воды).

Эффект присутствия

В отсутствие пользователя Дом может имитировать привычный образ жизни хозяев, включая по вечерам свет и музыку, тем самым создавая эффект присутствия.

В качестве вывода хотелось бы заметить, что система «Умный Дом» является комплексной системой автоматизации жилища с применением с наличием огромного ряда функций. Система относительно популярна во всех странах мира. В систему входят функции управления такими системами как система освещения, вентиляции, охранная система, система противопожарной безопасности, система защиты от протечек воды, система обогрева и т.д. Система работает благодаря платформам для построения шинных распределённых систем управления вышеназванными системами, таким как LanDrive,LCN, iRidium Mobile,BPT,MyHome SCS,EIB.

Обозначить кратко, что такое умный дом, можно в паре предложений. Во-первых, рассматриваемая система с использованием инновационных технологий позволяет автоматизировать работу светового, телевизионного и прочего оборудования по заданным параметрам.

Во-вторых, комплекс выполняет противопожарную и охранную функцию на протяжении всего дня. Кроме того, система может регулировать и контролировать положение раздвижных ворот, жалюзи и прочих приспособлений. Сегодня подобный комплект доступен в элитных домах, а также любому желающему, который имеет необходимые финансовые средства. Такая конструкция дает человеку получить максимум комфорта при минимальных затратах своего труда и времени на бытовые проблемы.

Что такое умный дом?

Кратко такое понятие включает в себя внедрение новейших технологий в бытовое оснащение. О подобной системе многие слышали и видели в интернете или по телевидению. Это оборудование особо актуально для владельцев загородных коттеджей, которые хотят максимально упростить и автоматизировать управление коммуникациями и элементами жилища.

Множество деталей из общего комплекса уже многие годы используется в торговых центрах и офисах. К таким элементам относятся: регулировка вентиляции и кондиционирования, видеокамеры, информационные порталы, датчики движения и многое другое. Если эти компоненты соединить в одно целое, получится охарактеризовать кратко, что такое умный дом.

Основа интеллектуального здания включает в себя интегрированный подход, позволяющий при помощи взаимодействия различных систем между собой организовать централизованный контроль с одного пульта управления.

История создания

Что такое умный дом? Кратко историю создания рассмотрим далее. С такой системой познакомились изначально жители США. Еще в 70-х годах прошлого столетия учеными Вашингтонского интеллектуального университета была реализована целая программа по использованию жилой площади при помощи самых современных технологий и имеющихся актуальных систем жизнеобеспечения.

На отечественном рынке подобное изобретение появилось только через четверть века. Особого энтузиазма новшество среди населения не нашло, учитывая высокую стоимость самой системы и сложности с ее эксплуатацией. Поскольку на то время энергоресурсы стоили копейки, дом с интеллектом не нашел широкого применения на постсоветском пространстве. Лишь в начале 2000-х началось внедрение подобной системы, поскольку активно стала развиваться компьютерная сфера, а также отрасль аудио- и телерынков.

Особенности

Состоятельным соотечественникам подобные схемы пришлись по вкусу. Символом хорошей жизни стала возможность управлениями всеми функциями в бытовом оснащении, не вставая с дивана. Такие конструкции стали статусным атрибутом успешного владельца частного дома. Потенциальных заказчиков проект во многом привлекал тем, что весь функционал реализовывался посредством нажатия нескольких кнопок на пульте дистанционного управления.

Кратко о плюсах умного дома можно сказать, что он при возможности выхода в интернет регулирует практически все процессы в отсутствие хозяев жилища. Сюда входит не только безопасность здания, но и все процессы, которые происходят в нем. Такое решение позволяет практически полностью контролировать ситуацию на удаленном расстоянии.

Развитие

Далее рассмотрим в общем, что такое система "умный дом". Краткое содержание сводится к тому, что она дает возможность переложить большую часть домашних забот на искусственный интеллект. Специалисты отмечают стабильный рост спроса на подобного рода технологии. Сейчас все задания можно запрограммировать в определенной последовательности и требуемом режиме, после чего управление осуществляется посредством нажатия одной-двух кнопок.

Многие элитные новостройки, особенно в столице, оснащаются системой "умный дом" на стадии проектирования. В городских квартирах подобная технология больше востребована в развлекательном плане (мультирум, управление освещением). А вот для загородных домов и коттеджей опция "умный дом" (что это такое - кратко изложено в предыдущих абзацах) является способом оптимизировать системы жизнеобеспечения. Современные жилые строения представляют собой сложное инженерное сооружение, в котором имеются различные интеллектуальные технологии.

В загородных домах используются разветвленные электрические сети, узлы кондиционирования, вентиляции, теплоизоляции. Кроме того, устанавливаются автоматические системы открытия жалюзи и ворот, управление температурой и объемом воды в бассейне. Такая многофункциональность - это и есть главный аргумент в пользу умного дома, позволяющего свести всю инженерную часть жилища в единый управляемый комплекс.

Умный дом: краткое описание

Загородные коттеджи обычно оборудуются специальной охранной системой, включающей в себя разнообразные датчики и контроллеры. Как правило, в такой умный дом входит блок управления климатом, освещением, поливом и пожаротушением. В принципе, возможности рассматриваемой технологии довольно широки, поэтому опционал можно подобрать индивидуально, в зависимости от требований и пожеланий владельца.

Минусы умного дома (кратко об особенностях которого мы уже упоминали) заключаются, прежде всего, в его высокой стоимости. Далеко не каждый желающий может позволить себе такую роскошь. Средняя цена стандартного комплекта на отечественном рынке составляет порядка 2,5-3 млн рублей. Тем не менее технология пользуется спросом среди богатых людей. Специалисты предполагают, что стоимость интеллектуального управления жилищем будет постепенно снижаться, как это произошло в Европе и Америке.

Как свидетельствует зарубежная статистика, невзирая на высокую стоимость рассматриваемого проекта, окупается он относительно быстро. Стоит учесть, что тесно связан умный дом с информатикой. Кратко стоит упомянуть о главном преимуществе системы. Умный дом позволяет уменьшить эксплуатационные расходы на все виды коммунальных услуг. Как показывают многолетние наблюдения, сэкономить можно до 30 % на электроэнергии, 40 % - на воде, до 50 % - на обогреве.

Стоит отметить, что более 25 % загородных домов за пределами МКАД уже полностью или частично оснащены интеллектуальным управлением. При этом цифра продолжает уверенно расти.

Глобализация

Что такое умный дом 7 класса? Кратко - это система, предполагающая интеллектуализацию не отдельных строений, а целых поселков. Коттеджи в таком поселении объединяются управлением в едином Такое решение позволяет своевременно отреагировать на различные нештатные и аварийные ситуации. Вся информация со счетчиков и прочих систем, в случае критического значения, передается на общий командный пункт.

Например, владелец коттеджа находится в отъезде, при этом случается возгорание. Информация об аварии поступает на мобильный телефон хозяина и на диспетчерский узел. Для устранения проблемы предусмотрено контролирующее устройство, позволяющее определить источник возникновения сбоя.

Кроме того, единое интеллектуальное управление домами позволит гарантировать бесперебойное оснащение коттеджей электричеством, перераспределяя нагрузку между всеми зданиями поселка в равной мере. Это значительно упрощает контроль состояния каждого строения, подключенного к общему пульту.

Что в будущем?

Большинство специалистов предполагают, что за подобными поселками видится будущее всей элитной недвижимости за городом. Умные дома, как и целые поселения, несомненно, найдут своего потребителя. Эксперты прогнозируют, что вскоре здания, не имеющие хотя бы частичного интеллектуального оснащения, будет сложнее продать.

Многие специалисты отмечают, что массовое внедрение "умных" поселков на отечественных просторах - это пока нереализованная мечта, об осуществлении которой говорить еще рано. Такие поселения можно пересчитать по пальцам. А если принять во внимание, что зарубежные аналоги предусматривают систему контроля доступа, противопожарную сигнализацию, контроль освещения, систему данных об имеющихся автомобилях, регулировку дренажной и питьевой системы, то по-настоящему "умных поселков" нет даже в элитных районах Подмосковья.

Итог

Эксперты в перспективе предсказывают непременное развитие интеллектуальных домов и поселков. Они связывают это с возможностью умного дома регулировать климат, подстраиваться под другие внешние и внутренние факторы. Такие технологии относятся к оптимальному существованию в эру техногенного развития.

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:

1. 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.
2. 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:

1. Порт для перепрошивки (стандартный USB).
2. Кнопка аппаратного сброса.
3. Сигнал опорного напряжения.
4. Контакты для цифровых сигналов.
5. Сигнал ТХ.
6. Сигнал РХ.
7. Порт для подключения внешнего программатора.
8. Контакты для аналоговых сигналов.
9. Подключение внешнего питания.
10. +5 В.
11. +3,3 В.
12. Сигнал сброса.
13. Разъем для источника питания.
14. 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:

1. GND на базовой плате.
2. К цифровому выходу, например, D
3. Питание от сети 220 В.
4. 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:

1. Питание от источника в диапазоне 5-12 В (можно подключить к +5 В на плате контроллера).
2. Сигнал, исходящий от датчика (подключается к любому цифровому входу МК)
3. GND соединяется с соответствующим контактом базовой платы.
4. Время задержки (удержание логической единицы на выходе) – от 5 до 300 сек.
5. Чувствительность датчика (можно установить от 3 до 7 метров).
6. Переключатель в режим «Н» (при серии срабатываний устанавливается логическая единица).
7. 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:

1. Цифровой выход, подключается к любому соответствующему разъему на базовой плате МК. Сигнализирует о влажности, соответствующей порогу срабатывания.
2. Аналоговый выход, информирует о текущей влажности.
3. Питание +5 В.
4. 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.

Умным домом называют здание, в котором все оборудование (отопительное, вентиляционное, климатическое) и различные устройства объединены в общую сеть, что позволяет жильцам использовать функции и услуги нового уровня. Система умный дом включает в себя много факторов.

В большинстве случаев этими устройствами можно управлять удаленно через интернет. Иногда для обозначения данной концепции используют словосочетания «интеллектуальное жилье», «электронный дом» и так далее (от английских smart house, smart living, e-home).

Важнейшее преимущество системы Умный дом - более эффективное использование энергоносителей - тепла, электричества и воды.

Например, если загрузить в программу управления домом информацию о стоимости энергоносителей, система может автоматически составить максимально экономичный план потребления - без какого участия владельцев дома.

Она будет при необходимости отключать котел или включать стиральную машину либо электрический бойлер в то время, когда действуют более дешевые тарифы на электроэнергию.

Еще одна полезная возможность - контроль безопасности при помощи таких средств, как мониторинг состояния дома. Концепция умного дома также позволяет создать среду для самостоятельной жизнедеятельности лиц с ограниченными возможностями, например, дом может быть адаптирован под нужды пожилых людей.

Системы умной автоматики позволят свести к минимуму усилия для обслуживания инженерных коммуникаций и оборудования дома, помогут организовать защиту от протечек воды или газа, возникновения пожара, а также вторжения грабителей.

Одним словом, умный дом способен позаботиться и о себе, и о жильцах. При этом оснастить здание интеллектом можно как на этапе строительства дома, так и после завершения капитальных работ.

Комплексная система управления умный дом

Главное достоинство умных комплексов автоматики - в способности управлять инженерными системами. Вся большая и сложная система управления сводится к одному пульту. Обычно он представляет собой сенсорный экран с логичным и доступным интерфейсом. То есть для того чтобы изменить режим кондиционирования или обогрева, не нужно выполнять сложные алгоритмы.

В системе «умный дом» используются так называемые «сценарии», где четко расписаны роли всех подключенных устройств. По нажатию всего одной кнопки срабатывает заранее запрограммированный набор действий.

Так, при выборе сценария «Вечер» закрываются шторы, верхний свет приглушается на 80 % и включается торшер. А при выходе из дома достаточно нажать кнопку «Никого нет», и свет сам везде выключится, краны закроются, климат-контроль переключится в экономичный режим, включится система охранной сигнализации.

Управлять жилищем можно удаленно. Для этого достаточно запустить специальную программу на компьютере, планшете или смартфоне, набрать пароль и получить доступ к пульту управления или, скажем, к камерам наблюдения за домом.

Ну и еще один неоспоримый плюс системы «умный дом» - это ее гибкость. Здесь не обязательно устанавливать все компоненты сразу: можно сначала организовать, например, только умное освещение, заменив многочисленные включатели одним пультом, но при этом предусмотреть возможность дальнейшего развития.

В таком случае дом будет «умнеть» постепенно, что позволит более равномерно распределять траты.

Умный дом - комплексное решение

Главным достоинством систем «умный дом» считается комплексность, интеграция всех жизненно важных инженерных сетей здания в одну интерактивную. При выборе компании, которая предлагает реализовать автоматическое управление домом, стоит обращать внимание на историю и количество выполненных проектов. Нужно учитывать и ассортимент предоставляемого продавцом оборудования.

Сети в умных домах объединяются системами логической автоматики.

Так, одна компания может вам предложить качественное управление светом, при этом у нее может отсутствовать система «мультирум» (подробнее см. блок «Власть над медиа»).

Или наоборот, фирма обеспечивает хорошее управление домашним кинотеатром и коммутацию аудио- и видеосигналов, но при этом не предоставляет полноценного управления освещением, климатом, системой зашторивания. Конечно же, удобнее и надежнее работать с теми, кто реализует все составляющие.

Технологии умного дома: основные принципы работы

Чтобы использовать интеллектуальные возможности техники, устройства должны быть объединены. На сегодня существуют десятки технологий для организации умного дома.

Среди них можно выделить:

• решения с использованием системной шины - специального кабеля, который прокладывают в здании для передачи команд управления умными устройствами;
• технологии, где передача управляющих команд происходит по электропроводке;
• беспроводные радиосистемы.

Шинная технология обычно подразумевает использование трех типов устройств:

• сенсоров и датчиков (освещенности, температуры, движения и т. д.);
• исполнительных модулей, которые выполняют команды устройств первой группы;
• системных устройств (блоки управления, блоки питания, модули логической автоматики).

Шинная система умного дома может постоянно или только для настройки управляться из единого центра, а может вообще не иметь центрального модуля.

Во втором случае умная система будет работать под управлением распределенного интеллекта, когда устройства сами определяют наличие других интеллектуальных устройств и предлагают определенные сценарии работы.

Шинные технологии, которые обычно применяют на этапе строительства, отличаются надежностью, простотой модернизации, но и высокой ценой. Если же необходимо оснастить интеллектом уже возведенный дом, имеет смысл использовать другие решения.

В системах, где сигналы передаются по электропроводке, есть возможность оснастить любую розетку трансивером - приемником радиосигналов от беспроводных устройств дистанционного управления.

Подключенные к розеткам трансиверы, а также автоматические или управляемые контроллеры формируют команды для исполнительных модулей, которые и приводят в действие технику умного дома.

В случае с беспроводными системами встроенные в технику умные модули (контроллеры, управляющие устройства, датчики) могут обмениваться сигналами, принимать информацию с пультов управления и ретранслировать команды.

При подготовке материала использованы фото из журнала Приватный Дом