Совершенство «умного дома» от Xiaomi. Как сделать умный дом своими руками arduino, knx
Отметим сразу, что описанные ниже системы позволяют любому мало-мальски образованному человеку создать свой автоматизированный дом начального уровня, затратив на это минимум средств и сил. И все описанные устройства отличаются прежде всего простотой инсталляции и использования, а не своими выдающимися характеристиками. Все они легко могут быть заменены на аналогичные, все зависит от ваших предпочтений, доступности устройств в продаже, ну и от нескольких технических факторов. Кроме того, мы не уточняем здесь, где можно купить упомянутые в статье устройства, этим вам придется заняться уже самим, если на это возникнет нужда.
"Умная" система домашнего наблюдения
Первое, что приходит на ум, когда задумываешься об автоматизации дома, это обеспечение безопасности своего дома и семьи. Тем более, если вы видите свой дом как напичканное "умной" (и не очень) электроникой пространство. Поэтому очень важно знать, что происходит внутри вашего дома и в его ближайшем окружении, в том числе и тогда, когда вы сами находитесь где-то вне дома.
Существует множество компаний, которые предлагают "умные" камеры, которые смогут следить за вашим домом в ваше отсутствие, включая фирму iSmartAlarm, которая совсем недавно на выставке CEDIA 2014 представила свою новую камеру ICamera. Она имеет разрешение 1280x720, а также обладает и функцией ночного видения. Кроме того, она, естественно, содержит датчики движения и звука. Интересным фактом является то, что камера может использоваться и самостоятельно, без необходимости включения в единую систему "умного дома". Основным преимуществом камеры по сравнению с конкурентами является функция хранения. ICamera имеет порт USB, позволяющий подключить локальное хранилище информации, например, мощный терабайтный диск. Стоит такая камера 149 долларов, что соответствует середине ценового диапазона для подобных устройств.
Или, как вариант, вы можете использовать "умную" HD-камеру компании Withings , которая уже скоро должна появиться в продаже. Эта камера не только хорошо выглядит и обладает всеми необходимыми датчиками контроля окружающей среды, но и позволяет вам видеть, что происходит у вас дома из любого места. Система обладает функцией живой записи, и вы сможет видеть, что происходит в доме через мобильное приложение, вы также сможете увеличивать изображение для того, чтобы рассмотреть подробности. Камера обладает функцией отправки автоматического оповещения, если в доме происходит что-то, отличающееся от обычного порядка. Цена камеры - 200 евро.
Вот еще несколько вариантов:
"Умный" контроль окружения
Для обеспечения безопасности в доме одних камер наблюдения недостаточно - при всем желании они не могут покрыть все пространство и проследить за всеми событиями. Поэтому для контроля и обеспечения безопасности необходимо использовать датчики разного рода, благо выбор их сейчас очень широк.
Вот, например, система безопасности Notion, которая использует маленький многофункциональный датчик, который отличается исключительной работоспособностью. С его помощью вы можете знать, сколько еще топлива осталось в баллоне с пропаном, когда ваш ребенок вернулся из школы, нет ли у вас утечки воды, какова температура в холодильнике, не трогал ли кто ваш сейф и тому подобное. В состав системы входят хаб, который управляет всеми датчиками и подключается к Интернет через WiFi, многофункциональные сенсоры, способные обнаруживать 8 различных действий и мобильное приложение на базе iOS и Android.
В состав системы входят датчики освещения, температуры, приближения, акселерометр и гироскоп для контроля открытия дверей и окон, зонд утечки воды и пьезоэлектрический преобразователь. Каждый сенсор может обнаруживать несколько разных событий, поэтому система будет более точно реагировать на ситуации и обеспечивать таким образом защиту от ошибочного срабатывания. Датчики работают до двух лет без замены батареи.
Цена устройства пока неизвестна, поскольку проект находится на этапе получения финансирования для производства.
Альтернативные системы контроля окружения:
"Умное" освещение
Казалось, простая вещь - освещение. Но вспомните, сколько раз вам приходится вставать, чтобы включить ту или иную лампу, сколько раз вы задумывались о том, что хорошо бы иметь возможность чуть притушить освещение здесь и добавить его там. На рынке есть несколько систем (плюс несколько появится в ближайшем будущем), которые позволяют управлять светом при помощи смартфона, но одной из первых и заслужено пользующихся доверием покупателей является Philips Hue. С тех пор, как эта система появилась на рынке, она сильно разрослась и изменилась, но оригинальная система позволяет управлять с помощью мобильного приложения 50 лампочками, объединенными в беспроводную сеть.
В состав системы входят мост, объединяющий лампы в единую сеть, и приложение для смартфона (или планшета), позволяющее делать множество вещей, таких как настройка определенных режимов, в рамках которых отдельные лампочки меняют тон и силу освещения. Система имеет ряд предустановленных режимов: Концентрация, Энергичность, Чтение и Релаксация. Все они отличаются различными настройками управляемых LED-ламп Philips Hue.
Система Philips Hue позволяет даже менять цвет освещения или включать особый режим на случай вашего длительного отсутствия, чтобы создавалось впечатление, что дома кто-то есть.
И все эти настройки вы можете выбрать прямо с вашего любимого дивана.
Стоит такая система, прямо скажем, недешево. Начальный набор из базового контроллера и трех лам стоит примерно 300 долларов, каждая дополнительная лампа - около 80 долларов.
Вот похожая система, отличающаяся тем, что она позволяет управлять освещением с помощью голоса. Речь о патроне для лампочек, получившем название Vocca, который выступает в качестве посредника между обычной лампочкой и не менее обычным патроном. Умный гаджет имеет функцию распознавания речи: услышав кодовую фразу, он включает или отключает освещение. Голосовое управление - не новинка, но в Vocca оно реализовано максимально простым и удобным способом: устройство не нуждается в дополнительном оборудовании и не требует какой-либо настройки. Существует также модификация Vocca Pro, позволяющая изменить кодовую фразу, а также управлять освещением со смартфона. Для связи в этом случае используется Bluetooth.
Вот также несколько альтернативных вариантов:
"Умное" отопление
Так же, как и в случае "умного" освещения, здесь существует множество возможных вариантов решения, некоторый из которых могут делать больше, чем остальные. И вы должны сами решить, чего вы хотите от своей нагревательной системы, кроме того, чтобы контролировать ее с помощью смартфона или планшета. Также вы должны учесть, какого типа нагревательная система или бойлеры у вас используются, чтобы подобрать решение, которое будет с ними работать. Что не так очевидно, как кажется. Например, популярный в США термостат NEST только недавно стал продаваться в Европе и до сих он не подходил для использования с привычными для России системами отопления.
Одной из очень удобных систем является Honeywell Evohome, который подключается к нагревательному котлу и к комнатным радиаторам, что позволяет ему контролировать 12 индивидуальных зон с одной центральной консоли или с помощью мобильного приложения.
Каждая зона может иметь несколько радиаторов, и вы может устанавливать свои параметры для каждого из них. Система Honeywell Evohome поставляется с несколькими заранее заданными установками, которые позволят вам, например, снизить температуру дома, когда вас целый день нет дома.
Стоимость начального комплекта Evohome, который позволяет подключить к нему ваш котел и нагреватель воды, составит более 400 долларов, а каждый сенсор для батареи обойдется вам еще в примерно 80 долларов каждый. Прямо скажем, дорогое удовольствие, особенно если сравнивать с конкурентными решениями, но оно того стоит. Установку системы лучше все-таки также доверить специалистам, это займет меньше времени и в конечном итоге позволит вам сэкономить массу нервов.
Как более простой вариант можно рассмотреть термостат ZEN, на производство которого сейчас идет сбор на сайте Indiegogo. У этого устройства даже нет дисплея: вся информация выводится посредством группы светодиодов, а управляется термостат путем нажатий на края лицевой панели. Тем не менее, выглядит ZEN стильно и базовые функции - управление отоплением, охлаждением и вентиляцией - исполняет очень хорошо. К термостату можно подключиться с помощью приложения для iOS или Android. Оно позволяет не только регулировать температуру и режим работы, но и составлять расписание. Разумеется, все это можно делать удаленно, через интернет. Термостат поддерживает пока лишь протокол ZigBee, для подключения к сети Wi-Fi необходимо использовать специальный хаб.
Ориентировочная стоимость термостата составляет $150.
Из возможных вариантов нам наиболее предпочтительными кажутся следующие устройства:
"Умное" электропитание
Если вы относитесь к людям, которые периодически начинают беспокоиться о том, а выключили ли вы утюг перед уходом из дома, или начинают думать, почему так выросли расходы на электричество и что с этим можно сделать, то системы, которые дистанционно контролируют подключенные к сети устройства, помогут вам справиться с этими волнениями. Сейчас такие системы начали появляться на рынке все в большем количестве и основная их функция заключается в возможности издалека отключить электрические розетки и, тем самым, выключить неиспользуемое оборудование.
"Умная" розетка D-Link Smart Plug - это простое, удобное в применении устройство. Надо просто вставить его в стандартную розетку, нажать на кнопку WPS на своем маршрутизаторе и кнопку на Smart Plug. И ваше "умная" розетка уже в сети. Управление осуществляется с помощью приложения mydlink Home, которое существует в версиях для iOS и Android и поставляется бесплатно. Приложение позволяет не только включать и выключать устройство, но и запланировать его включение/выключение в определенное время, что очень удобно при отъезде на длительное время. Рекомендованная розничная цена D-Link Smart Plug - $39.99.
Альтернативные варианты:
"Умное" домашнее оборудование
Начать строить "умный дом" с систем безопасности, освещения и отопления - это очень правильный шаг, но если ваш бюджет на этом не истощится, то можно несколько расширить ваши возможности, рассмотрев использование "умных" домашних устройств. Сегодня можно приобрести много различного рода устройств, которые управляются с помощью смартфона, и одними из лидеров здесь являются корейские компании Samsung и LG. Но мы вам представим не только этих производителей.
Тема «Умный дом» уже у всех на слуху. Про неё говорят, в неё вкладывают, её развивают… По этой теме к таким гигантам как Siemens , General Electric и др. присоединились, казалось бы, не совсем профильные компании, такие как Microsoft , Google , Apple .
Единого стандарта по теме нет, равно как нет инструкции, мол, «делай так и вот так», поэтому теоретически построить свой умный дом может каждый и именно так, как ему захочется и потому эту тему я не смог пропустить и активно к ней подключился. Не скажу, что с умными домами я собаку съел… нет, скорее так, понадкусывал, но тем не менее, на основе свое опыта и своих наблюдений попробую выложить развёрнутый… ммм… How-To? Нет, не потянет. Обзор? Тоже не то… Скорее это будет напутствие или некий набор советов.
Театр начинается с вешалки, а я начну с того, что сразу расставлю все точки над «И», чтобы у читателей не возникало в процессе чтения необоснованного негатива или просто какого-то недопонимания.
Самое главное - это то, что статья рассчитана на людей, которые толком ещё не поняли, нужен ли им вообще этот самый «Умный дом» и нужно ли влезать в эту тему?
Теперь термин.
Будем честны, «Умный дом» - это не только такая система с искусственным интеллектом, которая разговаривает с Вами по утрам в ванной (пока вы бреетесь) и готовит Вам ужин пока вы едете домой. Не нужно путать систему с женой.
Умный дом - это любая система автоматизации/автоматики (или комплекс систем автоматизации/автоматики), которая хоть как-то, хоть на мельчайшую долю, но облегчает Ваш быт. Не важно что это: автоматическое выключение света в туалете после выхода оттуда человека и закрытия двери, или система, которая сама поливает домашние цветы, кормит любимую кошку и перекрывает протекающую трубу водоснабжения, если вы задержались на работе допоздна. Если в Вашем доме что-то срабатывает на основе какого-то алгоритма, значит это уже можно назвать системой «Умный дом», только с ограниченным функционалом.
Так же «Умный дом» - это не только особняк, напичканный электроникой, но и квартира, в которой работает Ваша система автоматизации и/или управления, т.е. «Умная квартира» - это тоже «Умный дом» и дальше по тексту мы будем пользоваться именно этим термином.
Вообще излишнее занудство человеку ни к чему, а вдаваться в полемику по вопросу насколько умным оказался «Умный дом», который сделал студент Коля - я считаю, неуважение труда того самого Коли. Он это сделал? Оно работает и чем-то управляет? Великолепно, молодец! Пусть дальше растёт над собой.
Возвращаемся к теме.
Мы хотим построить наш «Умный дом», с чего начать? С покупки, строительства? Нет, в этом деле, как и во всех инженерных задачах, начинать нужно с бумаги, а точнее - с проекта. Будет ли это жеванная бумажка с понятными только Вам схемами и чертежами или это будет что-то нарисованное в *CAD… главное, чтобы было понятно хотя бы Вам что же там изображено.
Не бойтесь описывать «далёкие планы», записывайте и продумывайте всё, даже то, что сможете сделать в очень далёкой перспективе. Лучше всё продумать сейчас ибо потом будет уже поздно. Это опыт оплаченный кровью многих инженеров, наступивших на многочисленные грабли.
На что следует обратить внимание?
1. Пользователи
Подумайте, как с вводимой вами системой будут обращаться пользователи, т.е. жильцы Вашего дома или члены Вашей семьи. Смогут ли этим пользоваться не подкованные в техническом плане люди (старики, дети или жена - не важно кто именно). Сценарий типа: «Дорогая, свет в туалете сейчас включиться, сейчас я только прошивку в Ардуину долью.» не подходит. Представьте, что Вы сдаёте свою систему богатому «быдловатому» бандиту, который видя Ваши выключатели со светодиодной подсветкой скажет Вам: "Эта… слыш, а чо эта за хрень? Куда тут чо жать? ". То, что очевидно Вам может быть абсолютно не понятно остальным.
2. Технология
Проводная или беспроводная. Если проводная, значит нужно строить планы прокладки всех необходимых кабелей (и лучше с большим запасом). Где штробить стены, где размещать розетки и элементы автоматизации - всё должно быть на схеме. Если система беспроводная, то продумайте где будут стоять передатчики/приёмники, где будут размещены повторители сигналов.
Сейчас Вы это помните, через месяц, когда информации будет очень много, в голове будет каша и что-то будет забываться.
3. Исполнитель
Кто будет всё это делать? Вы сами или нанятая специализирующаяся по теме фирма? Самостоятельно будет дешевле, но потребуется от Вас глубокого погружения в вопрос. Мы всё же будем полагаться на самостоятельное развёртывание, ведь категория статьи «Сделай сам», не так ли?
4. Автономность
Продумывая функционал и возможности умного дома всегда рассчитывайте на то, что в доме не будет Интернета. Конечно, многие умные дядьки возразят мне, мол, нужно продумывать возможность сопряжения с чем-то во внешнем мире… продумывайте, закладывайте, ни кто не спорит, но Ваш умный дом должен работать исправно в режиме полной автономности/изоляции. Человеку, живущему в мегаполисе, возможно будет трудно понять, как так, чтоб совсем не было Интернета… GPRS, ADSL, хоть что-то же должно быть резервное? Нет, нет и ещё раз нет! Ничего может и не быть, но работать должно всё .
Вот пример:
Вы соорудили забавную систему: говорите «Нафаня, включи мультиварку/свет в туалете» и система выключает мультиварку или свет в туалете, попутно произнося «Включаю». Но вдруг из-за злобных хакеров Аль-Каеды сеть Вашего провайдера отвались, а за ней посыпалась и сеть Вашего мобильного оператора «Рупор», который обеспечивает Вас резервным LTE каналом. Естественно Google TTS, в основе которого и лежала Ваша система голосового управления, отвалился и умный дом в мгновение ока превратился в немого тупицу, который не может ничего включить. Сделайте возможность ручного управления, а ещё лучше, сделайте систему так, чтобы она могла, например, зачитывать вслух погоду без голосового сервиса Google. Сложно, но можно. Никто не говорил, что развернуть «Умный дом» - это как MS Office установить.
Второй пример:
Вы сделали управление умным домом через приложение на Android, но после описанной выше злобной атаки хакеров ваш смартфон не смог обратиться на облачный сервис и дать команду умному дому выключить забытый утюг. Напишите своё приложение, которое сможет работать удалённо через 2G-сеть мобильного оператора или по Wi-Fi, если вы находитесь в зоне покрытия Вашей домашней точки доступа.
5. Следующий момент, который нужно помнить при проектировании, вытекает из предыдущего: «Ядро» Вашей системы автоматизации.
В Вашем доме может быть роутер (ADSL, LTE или ещё какой), свитч или ещё какое-то сетевое коммутирующее устройство, но умным домом должно управлять «ядро» - отдельное и самостоятельное устройство. Ни в коем случае не объединяйте управление сетевым трафиком и управлением домом в одной железке. Сейчас много роутеров, на которые можно установить прошивки с миниатюрной копией Linux, а многие знакомящиеся с этой темой люди пытаются на такие роутеры навешать всё что в голову приходит. Лично я люблю такие роутеры, в которых можно подстроить более точно всё то, что мне нужно, но я не считаю верным установку средств управления на устройство, изначально не рассчитанное на это.
Ваш дом может остаться полностью без сети, но должна работать домашняя автоматизация или наоборот, домашняя автоматизация может «вылететь», но это не должно утянуть на дно и работу ЛВС (локальной сети).
6. Размещение ядра
Под всю эту котовасию с роутером, свитчем, ядром системы управления, системам резервного питания и т.п. нужно выделить отдельное место: шкаф, чулан, закрытая ниша/антресоль. Что угодно, где есть вентиляция (оборудование будет греться и нужно подумать об охлаждении) и где это не будет мешаться/попадать на глаза. Ваша система не должна портить общего вида жилья и вносить негативных изменений в домашний уют.
Если у Вас есть подвал, то лучше Ваш «центр управления полётами» развернуть там.
7. Расходы
Возможно это нужно было вставить где-то ближе к началу, но если предыдущие пункты до конца не проработаны, то до расходов дело может и не дойти.
Самое главное что нужно знать, это то, что «Умный дом» - чертовски дорогая затея. Вы можете делать что-то самостоятельно (травить платы, программировать микроконтроллеры), но это только уменьшит Ваши расходы, а не исключит их совсем.
Следующее по важности, что в этом пункте нужно учесть - дубликация. Закупку всякого оборудования и исполнителей закладывайте в двойном размере и всегда округляйте в бОльшую сторону. В Вашем доме на каждого исполнителя (выключатели, датчики и т.п.) должен лежать в загашнике дублёр (если, конечно, обслуживанием Вашего дома не занимается сторонняя организация). Не рассчитывайте на то, что если что-то сломается, то Вы поедете в магазин и купите.
Пример:
Скакнуло напряжение. Защита хоть и сработала, но часть встроенных выключателей света сгорело, я Вы вчера заболели и лежите дома с температурой 39,2 градуса. Допустим, что Вы мужчина мужественный (вот ведь каламбур получился), и, наплевав на своё здоровье, решили подняться с постели и заменить все выключатели самостоятельно, но… чем? Дублёром.
Решили перед входом разместить камеру? Закупайте две. Прикинули, что по дому Вам нужно 12 «умных» выключателей? Закупайте 24. Думаете не бывает так, что вылетят сразу все 12? Бывает, к сожалению и самое первое, что у Вас должно быть продублировано - ядро системы.
Итог
Я описал ничтожно малую часть начала такого большого и интересного для большинства «технарей» проекта, как «Умный дом». Эта тема затрагивает почти все сферы в IT: сети, программирование, администрирование, автоматизация, электрика и электроника… и от этого она является темой сложной, требующей особого подхода. Это видно из того, что я написал выше, ну а если не видно, значит писатель во мне так и не созрел.
Запихать весь текст в одну статью никак не получится, я и так достаточно насокращал, потому будет, как минимум, ещё одна часть материала, которая, в принципе, будет содержать в себе советы/рекомендации по выбору программной и аппаратной части. Звучит немного странно, мол, такое разнообразие технологий, какие тут могут быть советы? Тем не менее, советы и рекомендации есть даже в такой ситуации.
Спасибо всем за внимание, и тем, кто дочитал все это до конца.
Сегодня существует множество элементов системы управления электричеством – разнообразные , датчики температуры, движения и звука. В единой связке с внутренней электропроводкой дома или квартиры, они способны автоматизировать процессы включения/выключения света, отопления, контролировать работу некоторых бытовых приборов с учетом временных режимов. Но при этом не будет централизованной системы управления, то есть, Вы не сможете управлять светом и другими потребителями с единого устройства.
Тем и хороша система умный дом, ведь с помощью нее можно управлять всеми потребителями, подключенными к проводке, при помощи одного устройства – мобильного (планшет, смартфон, пульт ДУ) и/или стационарного (компьютер/ноутбук, графический интерфейс системы). При этом все датчики и реле также присутствуют в системе и производят управление электропитанием в автоматическом режиме.
Кроме элементарных бытовых потребителей, интеллектуальный (умный) дом может производить контроль и управление за системами связи, пожаротушения, охранных сигнализаций, телефонных линий и многим другим, включая инженерные коммуникации.
Однако, для полного контроля бытовых приборов, например, регулирование режимов кондиционера или холодильника, в самих приборах должен быть специальный разъем, по средствам которого производится подключение к электронному логическому контроллеру системы управления. Далее рассмотрим те основы, которые дадут Вам понятие о системе умный дом, ее принципе работы и составных элементах.
Составляющие элементы системы умный дом
Прежде всего, стоит заметить, что на сегодня появилось множество модификаций и комплектаций, в которых система управления умный дом может быть выполнена. Множество производителей предоставляют комплекты системы со встроенными Wi-Fi и/или Bluetooth передатчиками (модулями связи), вшитыми в контроллер, по средствам которых можно управлять системой беспроводным способом через мобильное устройство в пределах квартиры/дома.
Разновидность архитектуры системы умный дом
Имеются модификации, в которых управление происходит через интерфейс Ethernet (проводным способом, через ); к ним дополнительно нужно подключать коммутаторы и Wi-Fi роутеры для беспроводного управления, если они не встроены в контроллер. Что касается ручных выключателей, то они также могут подключаться к центральному контроллеру беспроводным способом или через электропроводку. В общем, имеется разнообразное оборудование для системы умный дом, и система состоит из таких элементов:
- контроллер умного дома (главный и дискретные модуляторы ввода-вывода);
- модули расширения и связи (коммутаторы, роутеры, GPS/GPRS модули);
- элементы коммутации электрической цепи (реле, диммеры, блоки питания);
- измерительные приборы, датчики и сенсоры (движения, температуры, света и др.);
- элементы управления системой (пульты, сенсорные панели, КПК, планшеты);
- исполнительные механизмы (клапаны воды, вентиляции, газа, ролеты и т. д.).
При выборе оборудования также важно учесть, какой протокол (способ) передачи данных системы «Умный дом» используется. Например, распространенный протокол EIB\KNX, использует в качестве передачи данных компьютерные сети, радиоканалы, силовые электрические сети. Имеется и протокол X10, который для передачи данных использует бытовую сеть переменного тока 230 В: устройства обмениваются сигналом, поданным в момент перехода переменного тока через нулевое значение. Такие сигналы представляют собой радиочастотные импульсы в 120 кГц, длительностью 1 мс.
Что такое контроллер для системы умный дом.?
Контроллер умного дома – это аппарат, который руководит всеми потребителями, приборами, а также высылает отчет хозяину о состоянии этих потребителей. Руководствуется датчиками температуры, воздуха, света для контроля систем освещения, обогрева, кондиционирования. Может быть запрограммирован на совершение различных действий с течением времени, по временному графику. Кроме автономного режима, с контроллером можно связаться через специальный интерфейс (компьютерную сеть, мобильный оператор или радиосеть), и управлять вручную приборами.
Приборы, управляемые контроллером системы умный дом
Подбирать контроллер необходимо в зависимости от того, как Вы желаете построить архитектуру системы управления. Например, есть две разновидности системы управления: централизованная и децентрализованная. В основе централизованной системы управления лежит единственный высокопроизводительный центральный контроллер, который руководит всеми потребителями (приборами) и инженерными сетями в доме.
В случае децентрализованного управления, интеллектуальная система умный дом состоит из нескольких более простых контроллеров, каждый из которых несет функции по управлению определенной зоной – комнатой и всеми приборами в ней, отдельно группами освещения во всем доме, определенного назначения бытовыми приборами и т. д. (региональные контроллеры).
Центральный контроллер для системы умный дом современного образца представляет собой компьютер, заключенный в небольшой пластиковый корпус, имеющий собственную ОС (операционную систему), оперативную память и множество электронных компонентов коммутации (управления) сигналами: электронные реле, терристорные ключи и др.
Одна из комплектаций центрального домового контроллера системы умный дом (на борту модуль беспроводной передачи, USB, COM, Ethernet порты)
Также в зависимости от комплектации, может быть встроенный GSM модуль для удаленного управления через мобильный телефон, Wi-Fi передатчик для управления системой из любой точки дома и графический сенсорный или кнопочный интерфейс (ЖК экран). Кроме того, разъемы для подключения к компьютеру и/или сетевому оборудованию: Ethernet, USB.
Такой контроллер способен управлять интеллектуальной техникой, как холодильники, микроволновки, инженерные коммуникации и т. д. (если в самой технике предусмотрена такая функция), докладывая хозяину даже такие данные, как температура в холодильнике, входные-выходные звонки телефонной линии и многое другое.
Региональный контроллер , дискретный модулятор ввода-вывода – это маломощный логический электронный блок управления, на котором реализована технология умный дом (к сравнению, частота микропроцессора ЦК – около 500 мГц, РК – около 50 мГц), как правило, не имеющий операционной системы и настраиваемый системно. Его можно настроить на любые элементарные сценарии по времени или по сигналам тех или иных датчиков.
Программируемый контроллер системы умный дом с интерфейсом (разьемом для подключения к сети) Ethernet
Он руководит элементарными задачами и событиями. Например, датчик света, подключенный к нему, дает сигнал (при наступлении темноты); контроллер подает сигнал на исполнительное реле или группу для управления освещением. Также он уведомляет хозяина о каждом действии. Другими словами, дискретный модулятор ввода-вывода – это своего рода интеллектуальное программируемое электронное реле.
Состоит такой аппарат также из электронных компонентов коммутации сети и интеллектуальной части: микропроцессор с памятью. В нем (зависит от производителя и комплектации) может быть USB, интерфейс Ethernet и другие порты для управления, программирования и предоставления отчетов хозяину.
Что такое модули расширения и связи для системы умный дом.?
Модули расширения – это устройства, подключаемые к контроллеру и расширяющие его функциональность. Отчасти переходники, двоители-троители и измерительные приборы также являются модулями расширения. Такие устройства могут быть встроенными в контроллер, подключаемыми отдельно через специально предназначенный разъем или общий разъем Ethernet, USB и другие интерфейсы. По причине того, что компании производители систем умный дом используют различные системы шифрования передачи данных, при выборе модуля расширения важно обратить внимание на его совместимость, если контроллер приобретен другого производителя.
Справа — контроллеры системы умный дом со встроенными модулями беспроводной передачи данных
Модули расширения связи для системы умный дом представляют собой устройства передачи данных беспроводным или проводным способом. К первым относятся всем известные Wi-Fi роутеры, которые подключаются к контроллеру так же, как и к компьютеру, через Ethernet или USB (есть и специально «заточенные» фирменные модули со своей системой подключения). Реже используются отдельно подключаемые GSM/GPRS модули (так как обычно они встроенные), с помощью которых система умный дом может связываться с хозяином через СМС-оповещения на его номер телефона. Существуют модули беспроводной связи Bluetooth (радиосигнал) и ИК (передача по средствам инфракрасного луча).
Модули беспроводной связи GSM и Wi-Fi; коммутатор для проводной сети Ethernet
Для проводного способа расширения связи используются коммутаторы – устройства, которыми подключают несколько клиентов (компьютеров, контроллеров и других интеллектуальных устройств) в одну локальную сеть. Они необходимы при устройстве децентрализованной системы умного дома, когда имеется несколько региональных контроллеров, а также для создания общей сети с компьютерами и другими интеллектуальными устройствами, использующими соответствующие интерфейсы. При большом расстоянии передачи сигнала, для его усиления применяются специальные цифровые усилители – репитеры.
Модули расширения функциональности системы умный дом имеют самый разнообразный функционал, и, как правило, подключаются в общий или специальный разъем интерфейса. Они расширяют перечень функций контроллера, например, модуль голосовых сообщений дает возможность руководить системой по средствам звуковых (голосовых) команд. Также имеется возможность сделать так, чтобы система управления умный дом воспроизводила звуковые сообщения (приветствия, предупреждения, поздравления и др.) на динамики.
Модули расширения для управления сложными механизмами, шаговыми двигателями и т. д.
Также стоит отметить расширение функционала по средствам модулей-переходников, которыми можно добиться совместимости различных стандартов устройств. Специальные модули управления предназначены для контроля различных специфических приборов (двигателей, механизмов открытия/закрытия дверей, клапанов вентиляции; многое другое) и элементов коммутации электрической цепи. Так, контроллер умного дома не имеет власти над силовыми защитными автоматами (пробки, автоматические выключатели), а при подключении модуля управления автоматами и использования управляемых автоматов, функция их включения/выключения по средствам контроллера становится доступной. Для подключения к системе умного дома регуляторов освещения (диммеров – см. ниже) также необходимы специальные модули расширения.
Что такое элементы коммутации цепи системы умный дом.?
Под понятием коммутации электрической цепи стоит понимать замыкание/размыкание ее, а также регулирование напряжения и других параметров электрического тока. Регуляторы напряжения (освещения), преобразователи/трансформаторы, блоки питания, автоматические выключатели и реле – все это элементы коммутации, без которых монтаж системы умный дом (как и любой электропроводной системы), выполнен не может быть. Они могут иметь встроенную защиту от перегрузки сети и короткого замыкания и срабатывают, размыкая цепь, таким образом, выполняя защитную функцию.
Простая схема системы умный дом с контроллером, элементами коммутации (управления) электрической цепи и элементарные потребители (в данном случае — лампы освещения)
Автоматические выключатели предназначены для предохранения электропроводки от перегрузки или замыкания. Они подбираются по мощности, на которую рассчитана контролируемая ими линия электропроводки. Для системы умный дом существуют как обыкновенные ручные, так и управляемые автоматические выключатели.
На изображении — простые однополюсные автоматические выключатели
Первые имеют в своей конструкции механизм, который при нагревании вследствие перегрузки размыкает цепь, а также могут быть выключены вручную. Контролируемые же автоматы имеют специальный интерфейсный выход на модуль управления, через который главный контроллер и хозяин может ими управлять дистанционно, не заглядывая в щитовую вообще.
Реле и релейные блоки – это элементы управления силовыми цепями при помощи подаваемого сигнала от контроллера. Сигнал может выглядеть в виде тока небольшой мощности, как правило 24 В (опять-таки, единого стандарта нет, есть разные системы и производители) или другого сигнал.
На изображении — электромагнитные реле для контроля одной и несколькими линиями силовой цепи
В отличие от автоматических выключателей, реле не имеют защиты и механизм замыкания/размыкания цепи выглядит противоположно: при подачи управляющего напряжения на электромагнитную часть, последняя приводит в действие якорь и механическим влиянием замыкает контакты силовой цепи питания (220 В). Самое элементарное реле управления одной силовой линией фазы имеет три входа и один выход: ноль и фаза управления электромагнитом (24 В которые), вход фазы силовой (220 В) от защитного автоматического выключателя и выход ее на потребитель.
Регуляторы напряжения (освещения) применяются в основном для контролирования подаваемой мощности и напряжения тока для осветительных приборов. В основе таких регуляторов лежит элемент цепи – реостат, прибор для регулирования освещения. Для обыкновенной цепи питания представляет собой механизм с ползунком, заключенный в коробку с габаритами выключателя и имеет также функцию вкл/выкл.
Диммер, управляемый вручную (справа) и дистанционно (слева)
Нового образца система управления умный дом группами освещения вмещает в себе прибор, именуемый диммером (подключают его к контроллеру также через специальный модуль управления). Этот прибор рассчитан на управление одной или несколькими группами питания освещения и управляется при помощи контроллера в автоматическом режиме или дистанционно хозяином, что есть удобно. Еще преимущество диммера – через него контроллер может контролировать яркость освещения, руководствуясь данными про уровень освещенности, полученными из датчиков света.
Блоки питания, трансформаторы, преобразователи – это сложной архитектуры приборы, которые предназначены для изменения параметров электрического тока при необходимости на том или ином участке цепи или на всей цепи.
Блок питания с 220 В на 12 В
Применяют их в связи с тем, что некоторые потребители рассчитаны на другие характеристики тока, нежели переменного 220 В/50 Гц, подаваемые в быту в СНГ и Европе. К примеру, взять то же освещение: есть специальные люминесцентные, неоновые и другие высокодекоративного освещения, которые работают от 10/12/24 В постоянного тока. Для того чтобы добиться таких характеристик, на соответственный участок цепи монтируют блок питания 220-10В, 220-12В, 220-24В. Такие устройства могут работать в одном режиме, например 220-24В, или во всех трех, вышеперечисленных.
Что такое измерительные приборы, датчики и сенсоры в системе умный дом.?
Эти устройства – как органы обоняния и осязания для человека: они дают представление о происходящем в окружающей среде. Благодаря современным измерительным приборам, датчикам и сенсорам (коих разнообразие на сегодня очень велико), на контроллер системы умный дом поступают данные о температуре, влажности, степени освещенности и атмосферном давлении снаружи и внутри помещения.
На рисунке датчики с элементарными функциями
Имеются контрольно-измерительные приборы для контроля состояния инженерных коммуникаций: давления и учета расхода воды и утечки газа с электронным интерфейсом, позволяющим передавать эти данные интеллектуальной системе умного дома, которая будет строить отчеты и отправлять их хозяину.
Датчики и сенсоры аналоговые традиционного образца используют в качестве передачи данных низковольтный ток до 24 В, как правило, и электрическую проводку малого сечения в качестве среды передачи. К примеру, самый элементарный датчик света содержит фотоэлемент с входом и выходом, через который проходит фаза низковольтного тока. Этот фотоэлемент меняет сопротивление при попадании на него света, таким образом, выдавая различные параметры тока в разное время суток.
На рисунке — элементарные аналоговые датчики, реагирующие на бытовой и углекислый газы
Контроллер получает эти значения, обрабатывает их и, соответственно, посылает сигнал о включении/выключении групп осветительных приборов, а также регулировании уровня освещения (при наличии диммера). Примерно аналогичная система, только с разными рабочими элементами, имеется в датчиках контроля температуры (на основании их данных интеллектуальная система умный дом управляет обогревом), движения и шума (свет, сигнализация), утечки газа и воды (управление клапанами, перекрывающими газ и воду) и многое другое.
Датчики и сенсоры цифровые нового поколения имеют расширенный функционал и являются интеллектуальными устройствами. Например, современные многофункциональные датчики движения, способны не просто выводить данные на контроллер в двух параметрах: 1 («да», есть движение) или 0 («нет», нет движения).
На рисунке — цифровой датчик контроля влажности воздуха
Они способны измерять расстояние от датчика до движущейся цели, засекать задержки при передвижении объекта и многое другое. Все это обрабатывается встроенным в датчик микропроцессором и подается на контроллер в виде цифровых сигналов. Стоит отличать датчики от контрольно-измерительных приборов: датчики и сенсоры засекают события, а контрольно-измерительные приборы засекают физические величины измеряемого тела, объекта (скорость, вес, оббьем и т. д.).
Контрольно-измерительные приборы – это более сложные в отличие от простых аналоговых сенсоров аппараты, которые вмещают в себе новые технологии умный дом и контролируют широкий диапазон параметров, предоставляют их физические единицы измерения. Цифровые барометры, счетчики воды и газа, того же напряжения – все это контрольно-измерительные приборы.
Контрольно-измерительный прибор температуры и расхода горячей воды
В отличие от аналоговых приборов и датчиков, современные цифровые, имеют собственную систему вычисления на основе простого микропроцессора; они обрабатывают сигналы и в готовом виде подают данные на контроллер умного дома, тем самым частично разгружая его процессор. В качестве среды передачи данных цифровые контрольно-измерительные приборы и датчики используют специальный интерфейс.
Какие бывают элементы и способы управления системой умный дом.?
Управление системой интеллектуального (умного) дома может производиться тремя способами: беспроводным локальным, удаленным беспроводным, проводным локальным, удаленным проводным. Устройства управления идут в комплекте с системой – это графические панели управления с сенсорным или кнопочным вводом, пульты с приемниками, настроенными на определенную частоту. Не идущие в комплекте устройства, как мобильные компактные компьютеры (смартфоны, планшеты) настраиваются при помощи специального программного обеспечения для управления удаленным способом, через всемирные информационные сети.
Системой умный дом можно управлять пультом, панелью управления и мобильными устройствами
Беспроводной локальный способ управления с ограниченным радиусом производится с применением устройств управления через локальный (местный) радиосигнал, Wi-Fi или Bluetooth беспроводные радиосети. В принципе, таким способом можно управлять системой с любой точки дома и даже находясь на приусадебном участке неподалеку. Однако, в больших домах, возможно, понадобятся дополнительные радиоточки, усилители беспроводного сигнала. Управление осуществляется пультами, сенсорными панелями, мобильными устройствами (смартфонами, планшетами, ноутбуками), которые имеют встроенный или подключенный извне передатчик той или иной сети Wi-Fi, Bluetooth или фирменного радиочастотного сигнала.
На экране планшета — программное обеспечение для контроля показателей и приборов, подключенных к системе умный дом
Беспроводной удаленный способ управления доступен, если произведен монтаж системы умный дом к глобальным сетям или модулям расширения связи, обеспечивающим к ним доступ. К таковым сетям можно отнести GSM/GPRS (управление по средствам мобильной связи), мобильный интернет, специальный выделенный радиосигнал. Наличие выхода в GSM/GPRS сеть дает возможность системе отсылать СМС, ММС и звуковые сообщения на номер телефона владельца дома. Также теоретически возможно управление через голосовое меню. Средства для управления системами умного дома через глобальные сети – это, как правило, смартфоны, а также планшеты и ноутбуки со встроенными модулями-передатчиками для мобильного интернета.
Проводной локальный способ управления , в зависимости от применяемых протоколов передачи данных системы умный дом, может иметь среды передачи данных по витой паре (кабелю компьютерной сети), электрической проводке (протокол системы X10) или каким-либо другим кабелем. В каждом региональном и центральном контроллере система управления умный дом предусматривает выход для проводной связи с управляющими устройствами, а также обмена информацией с другими интеллектуальными устройствами, которые находятся у него в «подчинении». Если устройств несколько, то интерфейс расширяют при помощи коммутатора (см. выше «модули расширения связи»), создавая несколько ответвлений. Для проводного локального способа управления применяются идущие в комплекте и отдельно панели управления и выключатели (кнопочные и сенсорные), а также можно управлять через подключенный к кабелю компьютер или ноутбук.
Сенсорная панель управления системой умный дом, совмещенная с домофоном
Проводной удаленный способ управления системами умного дома – это сеть, по размерам больше локальной, то есть, управление домом происходит извне по проложенному кабелю, подключенному к внутренней сети управления. Как правило, такой способ управления применяется в управлении автоматизированными процессами корпусов зданий. В общем, для домашнего пользования этого (управления системами через региональные проводниковые сети) знать не нужно.
Что такое исполнительные механизмы системы умный дом.?
В отличии от реле, которые отчасти можно назвать исполнительными элементами (подача команды – реле замыкает/размыкает цепь), исполнительные механизмы, которыми руководит интеллектуальное оборудование для системы умный дом, являются сложными электромеханическими изделиями, приборами, рассчитанными на испытание высоких механических нагрузок.
На изображении можно наблюдать объекты, в которые могут быть встроенные исполнительные механизмы системы умный дом
Рабочий орган более сложных приборов (приводов открытия/ закрытия ворот, жалюзей и т. д.) – это двигатель, у менее сложных (клапанов, замков) – сердечник, приводящийся в движение электромагнитом. Управляются в большинстве от низковольтного тока до 24 В включительно, но есть и высокомощные приводы, рассчитанные на 220 В.
Электромеханические приводы открытия/закрытия ворот, калиток, дверей, окон, жалюзей и штор; встроенные в мебель электромеханические детали, делающие ее моторизированной. В комплекте они могут иметь интерфейс подключения и пульт ДУ.
Девушка управляет оконным механизмом системы умный дом при помощи беспроводного пульта
В продвинутых моделях приводов имеются элементарные системы автоматизированного управления: встроенные датчики и возможности настройки скоростей и крайних положений открытия/закрытия. Сегодня чаще всего встречаются автономные приводы для штор и жалюзей, которыми не управляет интеллектуальная система умный дом: управляемые с пульта инфракрасного передатчика, и не имеющие никакой связи с контроллером умного дома. Тем не менее, такие устройства тоже считаются отдельными элементами умного дома.
Клапаны низкого, среднего и высокого давления – это более простые механизмы для управления водопроводными сетями (в т. ч. и пожаротушения), газовыми трубами и вентиляцией. Клапаны применяются в системах контроля: газовые – в системах контроля за газом, водные – контроль водообеспечения, предотвращения затопления и пожаротушения.
На изображении — клапан воды, управляемый системой умный дом
Очень полезно для здоровья, и стоит отметить систему вентиляционных клапанов, которая срабатывает от датчиков углекислого газа (CO2). Система выветривает вредный для человека газ и создает благоприятный микроклимат. К подобным элементарным механизмам можно отнести электромагнитные замки и другие элементы контроля доступа в помещение, входящие в систему безопасности умного дома. Такие устройства в основном не имеют микропроцессоров, имеют только два положения: открыто и закрыто.
Под термином «умный дом» на сегодняшний день подразумевается комплексное внедрение в быт высокотехнологичных устройств, позволяющих обеспечить высокий уровень комфорта жильцов. Отличительной чертой систем данного типа является максимальная автоматизация ряда процессов при минимальном участии человека. Кроме этого, одним из критериев «умного дома» является централизованное управление всеми задействованными в комплексе устройствами. Система «умный дом» имеет модульную конструкцию и состоит из функционально разграниченных блоков с полной или частичной их интеграцией в единую систему. Каждый модуль задействован в выполнении строго обозначенных задач, между тем, блоки могут взаимодействовать между собой.
Возможное модульное наполнение современной системы «умный дом»:
- Центральный управляющий контроллер
, объединяющий другие компоненты, и обеспечивающий их взаимодействие. Таким контроллером может выступать как промышленное решение в виде законченного устройства, так и обычный компьютер с соответствующим программным обеспечением.
- Климатическая система
. Состоит из блоков управления отоплением и вентиляцией, обеспечивает поддержание заданного микроклимата в помещении.
- Управление освещением и коммутацией
энергопотребителей.
- КТСО
(комплекс технических средств охраны). Включает в себя охранно-пожарную сигнализацию, систему видеонаблюдения и модули дистанционного уведомления владельца о тревожных ситуациях.
- Система учета, сбора и хранения данных . В задачи модуля входит сбор информации с приборов учета, фиксация различных событий и предоставление данных для анализа с целью оценки эффективности всего комплекса.
- Каналы связи . В качестве каналов передачи данных используются сети, работающие с протоколом TCP/IP в проводном или беспроводном исполнении. Для интеграции в сеть приборов, имеющих специализированные интерфейсы, используются соответствующие конвертеры.
Каждый из вышеописанных модулей может быть реализован при помощи различных технических средств и программного обеспечения. Наиболее распространенные и часто применяемые решения выглядят следующим образом:
Управление
В качестве управляющего контроллера системы «умный дом» наиболее оправдано применение одноплатного компьютера промышленного исполнения. Подобные компьютеры отличаются небольшим размером, малой потребляемой мощностью, отсутствием механических частей (вентиляторы, жесткие диски) и работают на программном обеспечении с открытым исходным кодом. Количество и тип имеющихся интерфейсов в большинстве случаев можно изменять и дополнять.
Логично, что самостоятельное программирование подобных устройств требует определенных навыков и знаний. Доступ к контроллеру осуществляется по сети, с использованием WEB интерфейса или клиентских приложений. Существуют и готовые решения, предназначенные для управления всем комплексом, и предоставляющие пользователю для настройки простой дружественный интерфейс.
Для управления «умным домом» удобно использовать универсальные пульты, поддерживающие выполнение макросов - упорядоченных наборов действий. Радиопульты в данном случае эффективнее ИК-пультов, так как позволяют осуществлять управление вне прямой видимости ИК-приемника. Более современным пультом управления может выступать смартфон с установленным на нем специализированным программным обеспечением.
Климат
Управление климатом реализуется при помощи оценки показаний датчиков температуры и влажности. На основании анализа этих данных производится автоматическая регулировка отопления, включение или выключение систем кондиционирования, вентиляции и увлажнения.
Освещение
Реализуется посредством установки датчиков освещенности, присутствия или же совмещенных. При необходимости управляющий контроллер позволяет управлять освещенностью по расписанию. При использовании диммерных устройств возможна не только дискретная, но и плавная регулировка яркости источников света.
Охрана и безопасность
Комплекс охранных средств может состоять из нескольких подсистем:
1. Охранно-пожарная сигнализация (ОПС). В качестве детектирующих устройств используются датчики присутствия, реагирующие на появление в контролируемой зоне ИК-излучения, присущего телу человека. Для обнаружения открытия двери устанавливаются магнитоконтактные датчики. Пожарная безопасность контролируется датчиками дыма, температуры и утечки газа. Многие современные системы охранно-пожарной сигнализации имеют модуль радиосвязи, позволяющий уведомлять владельца при помощи сетей GSM или 3G. Часто ОПС допускает подключение любых электроприборов через сухое реле, что позволяет по сигналу тревоги блокировать замок, включать освещение, сирену и т.д. Иногда в состав ОПС входит датчик влажности, позволяющий своевременно выявить факт протечки воды.
2. Система контроля доступа. Состоит из устройства идентификации, непосредственно идентификаторов (электронные ключи, радиометки, отпечаток пальца), устройства блокировки (замок, шлагбаум, автоматические ворота) и предназначена для разграничения доступа в помещение или на территорию.
3. Система видеонаблюдения. Представляет собой комплекс, состоящий из видеокамер и устройства обработки и хранения видеосигнала.
Учет и обработка данных
В большинстве случаев данный функционал реализуется при помощи управляющего контроллера с использованием соответствующего программного обеспечения.
Связь
Транспортным каналом, как правило, является локальная сеть, выполненная по проводной или беспроводной технологии. Для управление сетью используется маршрутизатор, позволяющий контролировать все сетевые устройства и обеспечивать защиту от несанкционированного доступа к каждому из них. Современные технологии высокоскоростной передачи данных позволяют одновременное использование сети для обмена информацией между компьютерами, передачи сигналов IP-телевидения, телефонии, работы компонентов «умного дома».
Помимо вышеописанного, в системах «умный дом» нередко используются устройства, не взаимодействующие со всем комплексом. Это могут быть приборы для автоматической уборки (роботы-пылесосы), системы автоматического полива растений, кормления домашних животных и многое другое. Несмотря на то, что подобные приборы автономны, их интеграция с системой вполне возможна при помощи простого включения или выключения электропитания управляющим контроллером.
Видео по теме