Бесплатный фрагмент - «Умный» дом XXI века

Введение

Мы живем в удивительное время. Времени на воплощение самой смелой мечты требуется все меньше и меньше. Технологии умного дома, которые зародились много лет назад, долгое время считались чем-то фантастическим или безумно дорогим удовольствием. Благодаря современным технологиям и развитию интеллекта компьютерных систем и домашней электроники создавать умные дома стало просто, безопасно и совсем недорого. Автоматизация любого дома или квартиры увеличивает рыночную стоимость вашего дома, и это достаточно веский аргумент, чтобы задуматься об автоматизации. А возможность создать в вашем доме систему искусственного интеллекта и получить в помощь Джарвиса, как у Тони Старка, — это ваш шаг в будущее, которое уже наступило!

Современная система автоматизации может быть адаптирована, чтобы соответствовать вашему образу жизни, не наоборот. Профессионал или вы сами в состоянии настроить систему точно в соответствии с вашими потребностями. Возможность управлять всеми электронными системами вашего дома от одной общей системы управления может сделать вашу домашнюю жизнь более приятной, чувствовать себя лучше и сохранять энергию для действительно важных дел. Необходимо только выбрать систему, которая удовлетворит всем требованиям вашего домашнего хозяйства и будет расти, и развиваться вместе с вами.

Данная книга описывает общие требования к построению системы домашней автоматизации. Она рассчитана на широкий круг лиц и не содержит технических деталей, понятных только специалисту. В нашей стране «умные» дома и «умные» квартиры пока не являются распространенным явлением, хотя во многих других странах домашняя автоматизация стала общепринятым явлением. Надеюсь, что чтение книги даст вам необходимую информацию, и вы захотите внедрять новые технологии не только путем покупки IPhone 6S, но и другими способами.

Книга содержит множество идей, которые вы можете реализовать с помощью решений любого производителя и не содержит структурных схем, перечня информации и иной технической информации. В отличие от многих других книг, в данной книге не содержится детальной технической информации о многочисленных решениях различных производителей. Эта информация легко может быть найдена в сети Интернет, кроме того, она очень быстро устаревает. Также в книге не делается попытка сделать выбор о том, какая система на сегодняшний день самая лучшая и обладает оптимальными характеристиками цена/качество. Такого ответа для систем автоматизации не существует в принципе. Этот выбор каждый человек должен сделать самостоятельно, исходя из собственного понимания удобства, комфорта и понятия «разумной» цены.

Необходимо учитывать только одну важную вещь. Уровень системы автоматизации определяется не брендом производителя, а архитектурой системы и алгоритмами, заложенными в программное обеспечение. Чем более интеллектуальным будет программное обеспечение, чем в большей степени оно будет способно к обучению и настройке, тем больший результат вы получите. Ну а получить только дом, в котором лампочки включаются по датчику движению, это ведь совсем не тот результат, к которому нужно стремится.

Если вы планируете проведение ремонта в вашем доме, то, прочитав эту книгу, вы сможете предусмотреть мероприятия, выполнение которых позволит в будущем внедрить систему умного дома. Это как минимум снизит ваши затраты и время.

В приложении вы найдете пример технического задания на создание системы умного дома в вашем доме или квартире. Заполнив эту форму и отправив ее любому интегратору, вы сможете получить грубую оценку стоимости вашего умного дома.

Если у вас возникнут вопросы, вы можете их задать автору книги по электронной почте andrey@ehome96.ru. Также на сайте http://ehome96.ru можно найти множество другой информации, которая вам понадобиться при создании умного дома.

Приятного вам чтения уважаемый читатель, и я искренне надеюсь, что прочитав эту книгу вы сможете приступить к созданию дома вашей мечты.

1. Преимущества «умного дома»

Разные люди абсолютно по разному приходят к мысли о том, что в новой или существующей квартире необходимо установить систему домашней автоматизации. Некоторыми движет желание использовать самые современные новинки, другие хотят удивить своих гостей. А часть людей объективно рассматривает преимущества «умного дома». Давайте рассмотрим, что же дает установка систем автоматизации.

1. Автоматизация позволяет экономить. Это относится к эффективности инженерных систем дома и вашего домашнего хозяйства. Система автоматизации в состоянии управлять множеством устройств одним нажатием кнопки, может контролировать термостаты и выключить свет там, где он не нужен, или там где вы его забыли выключить. Вы тратите меньше электроэнергии и газа, если он используется для отопления, и таким образом сохраняете ресурсы планеты для ваших потомков.

Автоматизировав полив своего участка, контролируя влажность почвы и температуру на улице, вы сможете экономить воду и электроэнергию. Эффективная система позволяет использовать оптимальный источник энергии в каждом конкретном случае, например использовать для нагрева воды котел, солнечный коллектор или тепловой насос. Однако, не следует считать, что система автоматизации благодаря экономии электроэнергии полностью окупится. Это происходит далеко не для всех домов.

2. Автоматизированный дом более удобный. Вы будете в состоянии контролировать и управлять всеми типами электронных устройств (освещение, отопление и кондиционирование, аудио и видеооборудование, моторизованные приводы, система безопасности, и т.д.) с экрана смартфона или планшета. Одного только удобства достаточно, чтобы вдохновить много людей автоматизировать свой дом. И это круто! Вы можете показать своим друзьям, как со своего IPad вы легко управляете различными инженерными системами. А ваша девушка будет в полном восторге, когда вы приведете ее к себе домой, а система управления автоматически активирует сценарий «Романтический вечер», распознав наличие двух людей в прихожей и сопоставив с вечерним временем и повышенной активностью в социальных сетях.

3. Автоматизация создает комфорт. Благодаря способности активно контролировать и управлять различными электронными элементами, система автоматизации гарантирует максимальный комфорт. Вся окружающая среда — от управления светом и поддержание оптимальной температуры, до воспроизведения вашей любимой музыки и выдачи сводной информации на LCD панели вашего дома управляется системой управления, которая постепенно обучается вашему образу жизни. Вы получаете помощника, который всегда заботиться о вас и пытается превзойти ваши ожидания.

4. Автоматизация увеличивает безопасность вас и вашего дома. Домашняя система автоматизации помогает предотвратить потенциально плохие вещи, позволяя вам контролировать дом удаленно с помощью смартфонов и других устройств. Вы можете управлять домом даже тогда, когда вы находитесь очень далеко. Система также может контролировать состояние и местоположение жильцов и типовые сценарии их поведения. Например, вы можете для вашей пожилой бабушки настроить систему управления так, что если с ней что-то случится, ей станет плохо в доме (не дай Бог, конечно), то система управления сможет подать тревогу и уведомить членов семьи. Начните с безопасности. Много систем безопасности обладают основными функциями системы домашней автоматизации. Безопасность всегда важна, кроме того, вы сможете постепенно приучить жителей вашего дома использовать современные технологии.

2. Требования к системе автоматизации

На рынке автоматизации зданий и создании умных домов работает огромное количество как крупных, так и мелких компании. Большинство систем созданы профессионалами и обладают огромными возможностями, но есть некоторые особенности, которые сделают ваше взаимодействие с системой более приятной и простой. Эти требования необходимо учитывать при выборе системы, либо отдельного оборудования для автоматизации.

Совместимость

Красота системы автоматизации заключается в способности связать разнообразные электронные устройства таким образом, что они могут работать как единая система. Заставить эти устройства работать вместе может быть как простой, так сложной задачей, в зависимости от «открытости» системы автоматизации. Чем более открыта система, тем легче будет обучить устройства управления светом, термостаты, аудио/видеооборудование, устройства безопасности и другую электронику общаться друг с другом.

Чтобы обеспечить совместимость между различными электронными устройствами, изготовители домашних систем автоматизации часто формируют партнерства для возможности создания устройств, совместимых с продукцией другого изготовителя. Это позволяет гарантировать, что их продукты могут беспрепятственно общаться с большим разнообразием других систем. Также изготовители автоматизации поддерживают совместимость путем использования в своих системах коммуникационных решений, основанных на технологических стандартах. Например, много изготовителей включили технологию управления через Z-Wave в свои продукты автоматизации, таким образом, устройства могут легко общаться между собой и с совместимыми продуктами другого производителя.

Чем больше вариантов взаимодействия поддерживает устройство, тем больше выбора вы будете иметь как потребитель. Это позволяет инсталляторам выбирать лучшие продукты для своих клиентов, а вам получать надежные и недорогие решения.

Удаленный доступ.

Возможности удаленного доступа позволяют вам контролировать среду своего дома и изменять параметры настройки света, термостата и иных механизмов с вашего ноутбука, планшета или мобильного телефона через сеть Интернет. Удаленный контроль чаще всего является услугой, которую изготовители оборудования или установщики системы предоставляют бесплатно. Удаленный доступ также позволяет вашему инсталлятору обслуживать вашу систему, без необходимости посещения вашего дома, что является всегда более дешевым вариантом для инсталлятора и более удобно для жильцов дома.

Использование IP технологий.

Использование IP протокола уже давно стало международным стандартом. Изготовители могут обеспечить вертикальную и горизонтальную расширяемость, спроектировав системы таким образом, чтобы обеспечивать коммуникации на общем сетевом протоколе, например IP. Еще одним трендом стал выпуск беспроводных продуктов, которые могут общаться через существующую домашнюю сеть Wi-Fi.

Кроме того, на базе IP технологий сейчас построено множество других сервисов. Например, многие люди активно используют Skype для совершения телефонных и видеозвонков. Программная телефонная станция Asterisk, о которой дальше пойдет речь в книге, также использует IP протокол для передачи голоса.

Программное обеспечение.

Интерфейсы, которые реализуются на сенсорных экранах, мобильных телефонах и планшетах очень часто выглядят очень впечатляюще, но есть скрытая часть, которая определяет возможности вашей системы. Программное обеспечение — это основа любой системы автоматизации, начиная от детской игрушки и заканчивая современной атомной станцией. Чем более сложное программное обеспечение, тем больше система может сделать, и тем более правильно и точно она будет выполнять свои функции. Поскольку технологии постоянно меняются, программное обеспечение должно также обновляться. Прежде чем вы купите программное обеспечение для управления своим домом, вы должны быть уверенными в том, что изготовитель будет в будущем выпускать обновления программного обеспечения.

Различные интерфейсы управления.

Есть много различных способов, которыми вы можете управлять электронными системами в своем доме: нажимая кнопки переносной или установленной на стене клавиатуры, касаясь красочных символов портативной панели или двигая палец на экране вашего телефона или планшета. Вполне возможно, что в некоторых случаях лучшим вариантом является установка обычного выключателя. В зависимости от вашей семьи, бюджета и предпочтений, вы хотели бы использовать множество различных способов управления, поэтому удостоверьтесь, что изготовитель автоматизации предлагает широкий выбор пользовательских интерфейсов. В данной книге под интерфейсом будем считать любой из доступных способов управления домом: планшет, мобильный телефон, приложение для Windows/Mac, Web-интерфейс, кнопочные и сенсорные панели, а также обычные выключатели.

Дополнительные требования.

Никому, за исключением отдельных случаев, не нравится быть подопытным кроликом, поэтому выберите систему автоматизации с приличным списком внедрений. То же самое касается исполнителей, которые будут устанавливать систему в вашем доме. В некоторых случаях вы можете позволить себе установить абсолютно новую систему, поскольку обычно в таких системах есть масса новых и полезных возможностей, но люди, которые ее разрабатывали, должны быть профессионалами в своем деле.

Раньше считалось, что хорошие изготовители систем домашней автоматизации должны создать сильную торговую сеть, предлагая образование, обучение и поддержку многочисленных дилеров в различных географических областях. Однако сейчас это не так важно, поскольку большая часть квалифицированной работы может быть выполнена удаленно. Для потребителей важно иметь больше чем одного дилера, чтобы была возможность выбора.

Чтобы защитить себя от случайностей, связанных с тем, что конкретный дилер перестанет существовать на рынке, обязательно потребуйте, чтобы он сообщил все необходимые пароли и ключи доступа к оборудованию вашего проекта и передал всю исполнительную документацию. Тогда вы сможете, в случае возникновения такой необходимости, легко передать обслуживание или модернизацию вашего дома другой организации.

Одна из самых горячих тем в современном мире — это энергосбережение. Системы автоматизации могут помочь сохранить энергию, полностью выключив электронные устройства, либо переведя их в режим максимальной экономии электроэнергии. Обязательно учитывайте экономичность оборудования и системы в целом перед ее покупкой. Вы можете сэкономить часть средств в магазине, но за годы эксплуатации потратите гораздо больше на электроэнергию.

При этом важно понимать, что помимо расхода электроэнергии в спящем режиме важен коэффициент полезного действия (вспомните школьный курс физики) устройства при работе в основном режиме. Очень часто продукция одинаковая по назначению, но разная по стоимости, имеет разный КПД и тратит электроэнергию, а значит и ваши деньги на нагрев окружающего воздуха, а потом вы тратите еще большие деньги, чтобы охладить помещение.

Все всегда задаются вопросом, что происходит с автоматизированным домом, когда система управления вдруг «зависнет»? И что будет потом, когда система перезапустится? Если у системы автоматизации есть соответствующая резервная защита и архитектура системы построена таким образом, что отказ одной подсистемы никак не сказывается на работе другой, то вам не нужно волноваться об этих рисках. Просто задайте эти вопросы разработчику системы и послушайте, какие технические решения он использовал, чтобы исключить подобные ситуации и какой алгоритм работы в аварийном режиме функционирования системы.

Сделай сам

Возможность установить домашние системы автоматизации самостоятельно является очень важным фактором. Рынок изобилует системами автоматизации, которые домовладельцы могут установить сами. Это результат развития технологий и создания облачных решений, которые сделали автоматизацию доступной для людей, которые не могли или не хотели платить профессионалу, чтобы установить систему. Кроме того, подобные системы любят приобретать люди, которым нравится что-то делать своими руками, а с подобными решениями у них есть чем заняться в выходные. Однако во многих случаях установку домашней системы автоматизации лучше доверить профессионалу, поскольку для многих сложных систем работы по монтажу, настройке и программированию системы требуются специальные знания (напряжение свыше 100 вольт опасно), которые чаще всего отсутствуют у обычного человека. Кроме того, для больших домов, в которых автоматизируются много систем, необходимо наличие проекта на систему домашней автоматизации, иначе ее последующая модернизация может стать просто невыносимой.

3. Элементы системы автоматизации

Системы автоматизации небольшой квартиры, промышленного предприятия, офисного здания или умного дома строятся на основе общих подходов, основанных на использовании определенных базовых элементов. Каждая система автоматизации состоит из датчиков, устройств обработки, анализа и хранения информации и исполнительных механизмов. В вашем доме будет множество подобных устройства, так давайте более подробно рассмотрим их, чтобы хотя бы знать, как каждая «коробочка» называется.

Датчики

Датчиками называют устройства, регистрирующие факт возникновения какое-либо события и преобразующие это событие в электрический сигнал. В умном доме чаще всего применяются следующие виды датчиков:

Датчик движения — устройство, обнаруживающее движение в определенном участке пространства. Чаще всего применяются пассивные датчики движения (PIR), принцип действия которых основан на измерении фоновой температуры. Такие датчики выпускаются множеством компаний. При выборе датчиков движения учитывайте наличие домашних животных, поскольку некоторые датчики могут реагировать не только на человека, но и на вашу любимую кошку.

Датчики измерения температуры, давления и влажности воздуха. Это следующий вид датчиков, который очень часто используется в системах управления климатом умного дома. Они используют различные способы измерения и интерфейсы подключения, но достаточно дешевы, и могут быть установлены в каждой комнате.

Датчик освещенности предназначен для измерения уровня освещенности. Чаще всего он используется в системах управления освещения для автоматического включения света в темное время. Но и вы можете его использовать, если захотите узнать, наступила ли уже ночь или все еще день, хотя большинство систем управления определяют математическим способом время восхода и захода солнца, исходя из географических координат и времени.

Датчики разбития стекла чаще всего используются в системах безопасности. Они реагируют на звук разбившегося стекла и кратковременный звук, недоступный уху человека, который возникает при прогибе стекла.

Датчики измерения качества воздуха — это целая группа датчиков, которая измеряет уровень оксида углерода CO в воздухе, содержание метана, наличие дыма, уровень запыленности. Такие датчики могут использоваться для системы безопасности и пожарной сигнализации, а также систем вентиляции. Ну а датчик, измеряющий уровень алкоголя в воздухе, который вы выдыхаете, может в некоторых случаях заблокировать открытие дверей гаража. Вы можете использовать самые различные датчики подобного типа, однако учитываете, что многие из них стоят достаточно дорого.

В системах управления умного дома могут применяться датчики и других типов, например, датчики утечки воды, открытия дверей, охраны периметра. Все зависит от ваших требований и желания получить всестороннюю информацию о том, что происходит в вашем доме и его окрестностях.

Контроллеры

Вся обработанная информация, которую собрали датчики, должна быть, как то обработана, проанализирована, и на ее основании должны быть выполнены какие-либо действия. Всей обработкой информации в системе умного дома занимаются контроллерами, панели управления или персональные компьютеры. На рынке доступно огромное количество контроллеров зарубежного производства. В некоторых случаях вы можете использовать и продукцию отечественного товаропроизводителя.

Ключевым параметром контроллера является его быстродействие. Именно от этого параметра зависит скорость реакции на события, а значит и сложность алгоритмов, используемых для их анализа. Быстродействие контроллера оказывает прямое влияние на его скорость и потребляемую мощность. Требуемую производительность контроллера можно рассчитать, однако в домашней автоматизации это, как правило, не делается, и выбирается контроллер с большим запасом.

Еще одним важной характеристикой контроллера является его надежность. Есть достаточно сложные методики анализа надежности, но для целей домашней автоматизации ее можно объяснить следующим образом. Надежность — это вероятность того, что контроллер будет неожиданно перезагружен, и ваша программа начнет исполняться сначала (все замки станут открытыми, свет включен и т.д.). На надежность контроллера оказывает влияние качество изготовления, температурный режим работы, отсутствие, либо наоборот наличие дефектов программного обеспечения, качество и стабильность источника питания, электромагнитные помехи. Кроме того, сама архитектура системы умного дома очень сильно влияет на надежность работы. Например, неправильно проложенные кабели, либо неверные режимы работы могут приводить к «падению» даже самого совершенного устройства.

Исполнительные устройства

Управляющие воздействия, которые вырабатывает контроллер в виде электрических сигналов, должны быть преобразованы во внешние воздействия. Т.е. нужно произвести обратную операцию по отношению к той, которую выполняют датчики, — электрическое воздействие преобразовать в механическое, звуковое, световое воздействие. В качестве исполнительных устройств используются лампы накаливания, светодиодные ленты, электродвигатели, электромагнитные клапаны. Сам контроллер работает на очень низком напряжении и обладает малой мощностью, поэтому не может напрямую управлять подобными устройствами. Для этих целей понадобятся силовые элементы, которые могут быть выполнены как самостоятельно, так и в составе исполнительного устройства.

Самым простым вариантом силового устройства является электромагнитное реле, знакомое всем со школьного курса физики. Оно используется для включения источников света, подачи питания электрическим потребителям. Реле используется в роли посредника, усиливающее малое воздействие, вырабатываемое контроллером. Помимо реле в качестве подобных устройств могут применяться и другие электронные компоненты, например транзисторы, тиристоры, но основная идея остается без изменения.

Силовые устройства используются для управления различными моторизованными элементами, например для автоматического открытия штор и защитных жалюзи на окнах. Электромагнитные клапаны используются в системах автополива на вашем садовом участке или для автоматического перекрытия трубопровода.

Диммер.

Еще одним исполнительным устройством является диммер. Для достижения необходимого уровня комфорта вам может понадобиться плавно управлять яркостью свечения лампы. Именно для таких целей используется диммер — устройство, позволяющее менять яркость свечения лампы в зависимости от управляющего воздействия. Такое воздействие в умном доме приходит на диммер от контроллера. Но есть некоторые простые диммеры, которые управляется путем вращения ручки, установленной на корпусе диммера.

Не все лампы могут быть использованы вместе с диммером. Чаще всего на таких лампах есть пометка «DIM». Обязательно уточните этот вопрос перед покупкой ламп, поскольку ошибка при выборе может привести к выходу из строя лампы или диммера.

Различные типы ламп требуют разных подходов к управлению яркости. Поэтому выпускаемые диммеры также рассчитаны на работу с лампами разных типов. Кроме того, диммер имеет максимальную мощность, которую нельзя превышать. Если вы подключите к диммеру слишком мощную нагрузку, то он может перегреться и выйти из строя.

Диммеры используются для управления устройствами, рассчитанными на напряжение питания 220В. Для более низкого напряжения есть более простые варианты и дешевые варианты. Кроме того, в силу специфики работы при покупке обязательно требуйте сертификат соответствия диммера нормативным требованиям.

Помимо управления лампами диммеры часто используются для управления другими потребителями, например нагревательными элементами для регулировки температуры, или для управления скоростью вращения вентилятора. При таких комбинациях нужно обязательно все тщательно проверять, поскольку есть риск выхода из строя оборудования или даже возгорания в самом неблагоприятном случае.

Хорошей альтернативой дорогим диммерам является построение системы освещения на основе светодиодных лент, в том числе выполненных на базе трехцветных светодиодов и рассчитанных на низкое напряжение питания. Яркость свечения таких лент может управляться с помощью более простых решений. Еще одним хорошим вариантом является использование управляемых светодиодных лент, когда есть возможность отдельно включать каждый светодиод, что позволяет сформировать очень красивые световые эффекты. Например, подсветка лестницы на второй этаж может производится синхронно с каждым шагом.

Панели управления.

Пока скрытые за кулисами элементы домашней автоматизации окружают вас комфортом, вы управляете системой с различных устройств. В системах управления очень часто используются сенсорные панели, выпускаемые различными производителями. Выпускаются настольные панели, которые очень изящно смотрятся на столе или прикроватной тумбочке. Эти устройства могут работать по проводной и беспроводной сети, но в любом случае требуют дополнительного кабеля питания. Настенные панели встраиваются в стену, вы даже можете заменить все обычные выключатели на сенсорные панели. Панели могут выводить HD видео, иметь встроенные динамики, микрофон, камеру, биометрический сканер, встроенные датчики движения, освещенности, температуры. Они имеют различные размеры, выполняются в различном исполнении и хорошо впишутся в интерьер любого дома. Панели помимо сенсорного экрана могут иметь обычные кнопки, которые позволяют получить тактильные ощущения от нажатия. Некоторые производители выпускают беспроводные переносные панели со встроенным аккумулятором, что позволяет свободно перемещаться по дому.

С клавишных панелей началась эра домашней автоматизации. Такие панели содержат набор кнопок и могут устанавливаться настенно или быть выполненными в настольном исполнении. Они могут содержать различное количество кнопок, иметь подсветку, встроенный динамик и также содержать датчики. Множество вариантов размеров, отделки, цвета позволяет дизайнерам выбрать наиболее подходящее решение.

Альтернативным способом управления является использование пультов дистанционного управления, чем-то напоминающих обычные пульты от домашней электроники. При таком способе интерфейс выводится на обычные LCD телевизоры или мониторы, а все управление обеспечивается нажатием кнопок на пульте. Очень оригинально смотрится управление с помощью 3D мыши, которая отслеживает перемещение в пространстве.

В последнее время все большее распространение получает вариант использования планшета для управления умным домом. Поскольку в большинстве случаем нет необходимости использовать устройство с высокой производительностью, то часто используют недорогие китайские планшеты, работающие на платформе Android, со специальными элементами для крепления на стене, совмещенные с блоками беспроводной зарядки. Такие устройства смотрятся очень хорошо, и стоимость подобного решения значительно отличается от фирменных панелей управления. Разумеется, вы можете использовать и продукцию компании Apple, например, очень удобно использовать планшеты IPad Mini.

Программное обеспечение

Возможности вашего умного дома определяются не только используемым оборудованием. Очень сильно функциональность и интеллект системы зависит от программного обеспечения (ПО). Программное обеспечение разрабатывается для контроллеров, панелей управления, мобильных устройств, серверной части умного дома. Большинство производителей сделали свои типовые решения, которые могут быть сконфигурированы для любого дома или квартиры. При настройке системы описывается ее конфигурация, количество контроллеров, датчиков, исполнительных элементов, дорабатываются типовые сценарии, сделанные поставщиком системы. Чаще всего возможностей вполне достаточно для решения типовых задач домашней автоматизации, однако иногда вам может потребоваться индивидуальная разработка для решения вашей задачи.

Заказная разработка значительно дороже, но в этом случае вы можете реализовать все ваши фантазии. Кроме того, при заказной разработке безопасность системы значительно выше, поскольку у злоумышленника нет возможности использовать известные уязвимости, которые есть в любом программного обеспечении и он не сможет развернуть систему у себя для проведения тестовых атак, нацеленных на поиск возможных вариантов проникновения в вашу систему.

Кабельная инфраструктура

Еще одним элементом умного дома является кабельная инфраструктура. Несмотря на развитие систем беспроводной связи, прокладка кабелей во многих случаях является единственным вариантом. Кроме того, этот способ является более надежным. Для передачи различных сигналов требуется применение кабелей разных типов. Сейчас выпускается огромное количество кабелей, которые можно подобрать для решения любой задачи. Если у вас большой дом, то оптимальным вариантом является использование оптических кабелей для соединения этажных шкафов дома. Использование оптических линий позволит вам создать инфраструктуру, способную передать огромное количество информации с высокой скоростью. Заложив при строительстве дома оптические кабели, вы можете быть уверены в том, что пропускной способности будет достаточно для решения любых задач, как текущих, так и будущих. А еще, стоимость современных оптических кабелей меньше медных.

При прокладке кабелей следует соблюдать определенные правила, например, не следует располагать силовые и сигнальные кабели в непосредственной близости друг от друга. Также вашему архитектору следует продумать маршруты и способ их прокладки. При установке умного дома в существующем помещении больше всего проблем доставит именно новая кабельная инфраструктура, которую необходимо будет смонтировать.

Мы рассмотрели основные элементы систем автоматизации. Далее рассмотрим основные технологии, на которых основаны системы, доступные в настоящий момент. Рынок домашней автоматизации активно развивается с начала 80-х годов прошлого века. На рынке работает множество компаний, поэтому за это время было создано множество различных технологий, чаще всего несовместимых между собой, которые реализованы в оборудовании, доступном на рынке. При выборе системы домашней автоматизации вы, безусловно, столкнетесь с этими технологиями, поэтому ниже приведено описание решений, которые наиболее часто применяются на российском рынке.

X10

Это один из первых протоколов домашней автоматизации, который появился еще в 70-х годах прошлого века. Стандарт является открытым. Это проводной протокол, который использует в качестве среды передачи силовую электропроводку вашего дома. Соответственно при использовании устройств, работающих по этому стандарту, нет необходимости в прокладке дополнительных проводов.

Для этого протокола выпускается огромное количество исполнительных модулей для управления освещением, электроприборами, отоплением, вентиляцией и охранными системами. Также выпускается большое количество различных выключателей, датчиков, которые могут работать совместно с исполнительными модулями, но дополнительно может потребоваться установка соответствующего контроллера. Для связи с персональным компьютером и работы с контроллерами по стандартным протоколам требуются коммуникационные модули.

Серьезным недостатком X10 является низкая скорость передачи данных, из-за которой реакция на события происходит с определенной задержкой. Она не сильно велика, но заметна, например, при построении системы управления освещением. Еще одним недостатком протокола является отсутствие шифрования и гарантированной доставки сообщений. Это может привести к тому, что команда на включение света просто не будет выполнена.

Все эти недостатки связаны с использованием силовой линии питания для передачи данных. Кроме того, протокол был разработан давно, а импульсные источники питания, которые активно создают помехи, мешающие работе устройств X10, появились позднее, поэтому серьезных претензий к разработчикам протокола предъявить нельзя.

Несмотря на все эти недостатки, в мире работает огромное количество систем автоматизации, построенных на основе X10. Устройства X10 имеют очень низкую стоимость, в России есть компания «Разумный дом» http://www.razumdom.ru, которая активно производит устройства под этот стандарт. Поэтому вы можете использовать данные продукты для построения очень бюджетной системы автоматизации, но особой надежности от нее ждать не приходится

KNX

Построение системы автоматизации на базе стандарта KNX — это самый дорогой вариант, но очень популярный в Европе, и фактически является европейским стандартом автоматизации зданий. Стандарт относительно редко используется при автоматизации домов, еще реже он используется при автоматизации квартир, но часто встречается при автоматизации зданий и офисов.

Стандарт появился в начале 90-х готов прошлого века. В основе стандарта лежит шина EIB (European Installation Bus). Стандарт характеризуется обилием заложенных в него функций, а также сложностью проектирования и монтажа. В качестве среды передачи данных протокол KNX может использовать шину, электрическую сеть или радиоканал. Стандарт предусматривает различные варианты топологии сети Но у большинства профессионалов KNХ ассоциируется именно с проводным вариантом, поскольку он используется чаще всего. Система является децентрализованной, в ней может отсутствовать центральный контроллер. Но обязательно должен быть источник питания.

Протокол отлично подходит для автоматизации крупных зданий, в одну сеть можно объединить до 50 тысяч устройств. Создана всемирная ассоциация KNX, в которую входят более 350 компаний по всему миру. Наиболее известными производителями оборудования KNX сегодня являются Schneider Electric, ABB, Gira. В мире выпускается огромное количество устройств с самым различным функционалом. Поэтому при использовании этого стандарта можно решить любую задачу.

Для работы устройств чаще всего прокладывается кабель 4×0.8, при этом для работы собственно шины KNX используется одна пары линий, вторая пара используется для подачи питания. Обмен данных между устройствами осуществляется напрямую, без участия выделенного контроллера, поэтому выход из строя отдельного устройства не приведет к отключению всей системы. Такой подход имеет как свои плюсы, так и минусы. Однако никто вам не мешает использовать отдельный контроллер для решения сложных задач взаимодействия, которые не могут быть выполнены путем настройки устройств.

Единственным недостатком KNX является высокая стоимость оборудования и его ориентация на профессионалов. Внедрением проектов занимаются крупные компании, поскольку первоначальные затраты на обучение персонала, приобретение необходимого программного обеспечения и тестового оборудования очень велики. Стандарт практически не подходит под идеологию «Сделай сам», хотя теоретически это возможно. В качестве резюме можно сказать, что стандарт KNX очень дорогое, хорошее, престижное и надежное решение для систем автоматизации зданий.

ZigBee

ZigBee является беспроводным протоколом передачи данных. Это открытый стандарт. Решения на базе этого протокола очень хорошо подходят для домашней автоматизации. ZigBee основан на ячеистой топологии сети, при которой отдельные компоненты могут выступать в качестве посредника, передающего сигнал от одного устройства к другому. Подобная структура способна к самоорганизации и самовосстановлению, выход из строя одного-двух элементов, как правило, не приводит к серьезным последствиям. Ячеистая топология также позволяет существенно увеличить область покрытия беспроводной сети.

Стандарт позволяет создавать датчики с низким энергопотреблением, поскольку большую часть времени беспроводные модули находятся в спящем режиме. В сети могут присутствовать три вида устройств: координаторы, маршрутизаторы и конечные устройства. В системе обязательно должен присутствовать хотя бы один координатор. Конечные устройства — это различные датчики и исполнительные устройства. Датчики получают питание от батарей, исполнительные устройства чаще всего получают питание от источника питания.

ZigBee подходит для решения всех типовых задач, связанных с автоматизацией дома. Стоимость устройств является относительно низкой, а процесс их установки является достаточно простым. В целом, устройства различных производителей хорошо работают вместе, однако бывают случаи, когда устройства оказываются несовместимыми. Устройства ZigBee продаются в России различными компаниями как в виде законченных устройств, так и в виде коммуникационных модулей. Очень широко распространены устройства XBee, которые можно видеть в различных проектах, особенно в устройствах, собранных на основе контроллера Arduino.

Также протокол известен тем, что знаменитые RGB лампы Philips HUE, которые обеспечивают дистанционное управление, используют этот протокол. В целом, можно сказать, что устройства ZigBee отлично подходят для домашней автоматизации и могут быть использованы в проектах, сделанных профессиональным инсталлятором или с использованием идеологии «Сделай сам».

Z-Wave

Z-Wave — протокол беспроводной связи, который во многом схож с ZigBee. Он был специально разработан датской компанией Zen-sys в конце девяностых годов прошлого века для систем домашней автоматизации. Для этого протокола также используется топология сети в виде ячеек, и все сделано для обеспечения сверхнизкого энергопотребления. Отличие заключается в том, что протокол является закрытым, поэтому разработкой и производством коммуникационных модулей занимается единственная компания Sigma Designs. Все устройства, вне зависимости от фирмы-производителя, используют однотипные коммуникационные модули. Это гарантирует совместимость устройств, хотя есть определенные тонкости, связанные с частотным диапазоном.

Z-wave использует свободный от интерференций диапазон 868Mhz. Передача данных производится с шифрованием AES. В сети должен быть обязательно центральный контроллер, который может обслуживать до 255 устройств. При увеличении количества устройств возможно объединение двух контроллеров.

В связи с тем, что протокол является закрытым, для него доступно значительно меньше информации и разработанного программного обеспечения. Однако есть бесплатные проекты, которые позволяют использовать оборудование Z-Wave совместно с другими системами домашней автоматизации, например LinuxMCE.

Все Z-Wave устройства на рынке можно разделить на следующие группы:

1. Электрические переключатели, вставляемые в розетку или как замена обычных выключателей в стене. Также возможно встраивание их в некоторые электрические приборы, такие как электрические плиты или обогреватели.

2. Электрические диммеры, подключаемые модули для розетки или в качестве замены традиционных выключателей в стене.

3. Устройства управления двигателем, как правило, для открытия или закрытия двери, окна, штор или жалюзи.

4. Датчики различных видов для измерения таких параметров, как температуры, влажности, концентрации газов (например, двуокись углерода или угарный газ).

5. Термостаты управления.

6. Пульты дистанционного управления, такие как универсальный пульт ДУ с ИК поддержкой или как выделенный Z-Wave пульт ДУ со специальными кнопками для сетевых функций, управления группами или сценами.

7. USB контроллеры и IP-шлюзы, которые используется чтобы программное обеспечение для ПК имело доступ к Z-Wave сети. Использование IP протоколов для этих интерфейсов могут обеспечивать удаленный доступ через Интернет.

Z-Wave отлично подходит для систем домашней автоматизации и с использованием идеологии «Сделай сам». Но это не означает, что на основе этого оборудования нельзя делать серьезные проекты. Множество компаний продают различные устройства Z-Wave и используют их в своих проектах. Их нельзя назвать дешевыми, но их установка является очень простой и доступной для большинства людей.

1-Wire

1-Wire — проводной протокол передачи данных. Зарегистрированная торговая марка корпорации Dallas Semiconductor. Обеспечивает низкоскоростной интерфейс для данных (от 16,4 Кбит/с до 125 Кбит/с), однако этой скорости вполне достаточно для решения большинства задач домашней автоматизации.

Для связи с устройством необходимо лишь два провода: на данные и заземление. Для этого коммуникационный процессор содержит конденсатор емкостью 800 пФ для питания от линии данных (режим паразитного питания). Электропитание осуществляется за счет разряда конденсатора, который заряжается во время наличия высокого уровня напряжения на линии данных. Здесь следует учитывать, что связь с устройствами, использующими паразитное питание, возможна только на коротких линиях. На длинных линиях приходится применять дополнительный провод питания.

Создание распределенных систем на базе шины 1-Wire является на сегодня наиболее оптимальным решением для большинства практических задач автоматизации. В настоящее время Dallas Semiconductor поставляет широкую номенклатуру однопроводных компонентов различных функциональных назначений для реализации самых разнообразных сетевых приложений. Поэтому имеется огромное число конкретных примеров использования интерфейса 1-Wire для целей автоматизации в самых различных областях, и все больше разработчиков проявляют интерес к этой технологии. В качестве среды для передачи данных чаще всего применяется кабель «витая пара», однако возможно использование обычного телефонного кабеля.

Используется топология общей шины, когда каждое из устройств подключено к линии связи. Типовой является структура с одним мастером сети и множеством ведомых устройств. Конфигурация сети является динамической, устройства могут быть добавлены без отключения питания. Каждое устройство имеет индивидуальный уникальный 64-битный адрес. Отсутствие совпадения адресов для компонентов, выпускаемых Dallas Semiconductor, гарантируется производителем. Поэтому сеть имеет практически неограниченное адресное пространство.