Умный дом XXI века: руководство по автоматизации

Андрей Дементьев
«Умный» дом XXI века
ISBN 9785448304606
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.
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.
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.
Основные технологии
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
пара»,каждое
однако
использование
обычного
Используется
топологиякабель
общей «витая
шины, когда
из возможно
устройств подключено
к линии
связи.
телефонного
кабеля.
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.
В протоколе присутствуют команды поиска ведомых устройств, которые позволяют быстро
определить новые ведомые устройства. Каждое устройство просто подключается к сети без
необходимости какой либо настройки. Основными преимуществом протокола 1-Wire является:
низкая стоимость компонентов, отсутствие требований к линии связи, очень простой протокол,
возможность питания устройств от линии связи, значительная протяженность линии связи.
Кроме того, простота протокола приводит к тому, что он может быть реализован программным
способом для практически любых микроконтроллеров, доступных на рынке. Например, широко
распространенные контроллеры Arduino легко обеспечивают работу с устройствами 1-Wire.
Чаще всего устройства используются для измерения температуры, влажности, в качестве
энергонезависимых устройств памяти (например, широко известные «таблетки» iButton,
применяемые в домофонах, охранных системах). Есть даже система домашней автоматизации
BENUKS, которая целиком построена на базе устройств 1-Wire.
В целом, можно сказать, что устройства 1-Wire однозначно должны использоваться
в системах домашней автоматизации, однако целиком строить систему только на архитектуре
нецелесообразно, поскольку низкое быстродействие и последовательный опрос устройств
сказывается на скорости реакции системы в целом. Кроме того, я не нашел сертифицированных
в России устройств, работающих для управления оборудованием, рассчитанным на напряжение
220В.
Bluetooth Low Energy (BLE)
С устройствами Bluetooth знакомы практически все пользователи современных гаджетов. Это
беспроводной протокол небольшого радиуса действия и небольшим быстродействием.
Основным отличием четвертой версии стандарта, выпущенного в декабре 2009 года, является
очень низкое энергопотребление.
Это очень важно для беспроводных датчиков движения, температуры и иных беспроводных
устройств. Чем меньше устройство потребляет энергии, тем дольше оно сможет работать
на одном заряде батареи, что сказывается на удобстве эксплуатации системы. BLE позволяет
устройствам довольствоваться значительно меньшим количеством энергии по сравнению
со стандартными соединениями Bluetooth. При этом он предоставляет большую часть обычной
функциональности на расстоянии, приблизительно вдвое меньшем по сравнению с обычным –
примерно 15 метров против 50 для Bluetooth (но этот параметр очень сильно зависит от режима
работы). Устройства, работающие по протоколу Bluetooth LE, способны годами работать без
необходимости менять или подзаряжать батарею
Стандарт является открытым и поддерживает шифрование AES. Отсутствие жесткой
стандартизации приводит к тому, что устройства различных производителей могут быть
несовместимы между собой.
Устройства стандарта Bluetooth 4.0 поддерживают различные приложения, которые могут
быть использованы для медицинских устройств, различных спортивных датчиков, умных часов.
Также устройства могут использоваться в автомобильной промышленности, медицине.
Практически все современные мобильные устройства, планшеты, персональные компьютеры
оснащены встроенным коммуникационным процессором, правда не все поддерживают
модификацию 4.0.
Из наиболее известных новинок, связанных с BLE 4.0, являются устройства iBeacon,
разрабатываемые компанией Apple. Начиная с 2013 года поддержка iBeacon добавлена в IOS 7.
Технология iBeacon используется как система позиционирования внутри помещений. Фактически
iBeacon является маячком, который постоянно рассылает сообщения. Зная расположение маячков,
можно математическим способом определить местоположение устройства. Устройства
задумывались
в
качестве
элементов
системы
позиционирования
в больших торговых центрах, музеях и иных аналогичных учреждениях. Ну и конечно Apple не
удержался от возможности использования технологии в маркетинговых целях и добавил
возможность отправки Push уведомлений клиентам, которые проходят вблизи маячка. На мой
взгляд современному потребителю, который и так загружен рекламой, перспектива получать
многочисленные объявления за возможность не заблудиться в современном магазине, кажется
весьма сомнительным предложением.
Безусловно, поддержка стандарта BLE 4.0 необходима современным системам автоматизации.
Вы можете обеспечить мониторинг медицинских приборов, получать информацию с напольных
весов о прогрессе снижения веса каждого пользователя, интегрироваться с фитнес браслетами и
умными часами. Маячки iBeacon вы можете положить в портфель вашего ребенка, и знать когда
ваш сын (ну вернее его портфель) появляется дома после школы.
Wi-Fi
Технология Wi-Fi применяется повсеместно, поэтому подробно останавливаться на ней
не имеет смысла. Однако есть определенные сложности в разворачивании домашних сетей. При
эксплуатации точки доступа в квартире современного многоквартирного дома вы можете
столкнуться с очень низкой скоростью работы. Чаще всего причина заключается в загрузке
частотного диапазона из-за точек доступа ваших соседей. Вы можете воспользоваться бесплатным
приложением Wifi Analyzer для платформы Android, которая просканирует частотный диапазон и
покажет наиболее загруженные каналы. После этого вы сможете перенастроить точку доступа на
более свободный канал, что существенно повысит качество работы.
Еще одним вариантом повышения качества беспроводной сети может являться установка
репитеров, которые усиливают сигнал беспроводной сети, что приводит к увеличению зоны
приема. Подобные устройства выпускают множество компаний, например TP-Link. Для большой
территории это единственный способ обеспечить работу устройств.
Альтернативным вариантом является переход на использование иного частотного диапазона.
Чаше всего применяются устройства, работающие в частотном диапазоне 2,4ГГц. Но вы можете
использовать и диапазон 5ГГц, который обычно свободен. Этот вариант очень привлекателен
к использованию, особенно в многоквартирных домах. Такие устройства содержат в своем
наименовании префикс 802.11a. Переход на этот диапазон гарантирует вам отличные скоростные
характеристики вашей беспроводной сети, но зона покрытия для этого варианта меньше, что
может потребовать увеличение количества точек доступа. Кроме того, вы можете быть уверены,
что включение микроволновой печи не приведет к резкому снижению скорости передачи данных
беспроводной сети.
При построении беспроводной сети не следуют увлекаться установкой множества точек
доступа и репитеров. Излучение, создаваемое устройствами, хоть и считается медиками
безопасным, все равно оказывает вредное воздействие на человека, поэтому, если вы хотите
построить экологически чистый дом, вам следует ограничивать использование многочисленных
точек доступа или обеспечивать их автоматическое выключение, например, ночью. Кроме того,
чем больше зона покрытия, тем выше вероятность удаленного подключения к вашей сети
злоумышленников и ниже безопасность.
Серверное помещение
В серверной вы разместите один или несколько серверов, часть элементов системы
видеонаблюдения, систему бесперебойного питания, оборудование для связи с провайдером сети
Internet, основные контроллеры, коммуникационное оборудование. Оптимальным вариантом
является установка в этом же помещений всех электрических шкафов и панелей, узлов учета
электроэнергии. Это позволит выполнить максимально компактное размещение как силовых, так
и слаботочных сетей.
Чаще всего вам понадобится только одна серверная, однако для большого дома вполне
возможно, что рациональней будет сделать отдельные помещения на каждом этаже и соединить
их общими кабелями. Это позволит сделать более короткие кабельные трассы, а значит снизить
общую смету на автоматизацию.
Серверная комната – это особое помещение вашего дома, поэтому есть определенные
требования к ее исполнению. В этой комнате у вас будет размещен интеллектуальный центр
вашего дома и большая часть дорогостоящего оборудования системы автоматизации. Это
оборудование выделяет тепло, которое нужно обязательно удалять из помещения. Если вы будете
использовать мощные серверы, вам может понадобиться система кондиционирования.
Оборудование будет создавать шум от работающих вентиляторов, который стоит тоже
учитывать. Кроме того, электронное оборудование безумно не любит влажность, а особенно воду.
Поэтому постарайтесь, чтобы в этом помещении не проходили различные трубопроводы,
повреждение которых приведет к выходу из строя оборудования прежде, чем система
безопасности автоматически закроет воду. Это помещение следует закрыть от посещения детей
и посторонних лиц, поскольку это может быть небезопасно. Желательно, чтобы в этом
помещении была смонтирована система автоматического пожаротушения, хотя для небольших
помещений это не требуется действующими правилами.
Требования, описанные выше, справедливы для большого дома или квартиры. Если же вы
устанавливаете систему автоматизации в квартире, вы можете разместить элементы системы
в кладовке, туалете, прихожей или вообще установить в разных местах квартиры. При этом все
будет работать, а насколько это удобно – решать вам.
Автоматизация различных систем
Автоматизация освещения является очень важной и интересной задачей. Вы может начать с
одной комнаты вашего дома. Например, установив в детской комнате управляемый светильник
по протоколу Z-Wave, вы сможете очень плавно будить ваших детей
в школу, просто постепенно увеличивая яркость освещения в их комнате. Либо вы можете начать
с установки простейшего датчика движения. Попробовав систему в действии, вы поймете, что
это интересно и этим надо заниматься.
Аудио и видео.
Система автоматизации может значительно увеличить возможности ваших систем
развлечения, делая их более простыми в эксплуатации и помогая им лучше гармонировать друг
с другом и с другими элементами домашней обстановки. Вместо того, чтобы нажимать
несколько различных кнопок для того, чтобы включить проектор, ресивер, выключить свет
и закрыть шторы, вы можете это сделать нажатием одной кнопки.
Система управления отслеживает музыкальные файлы, которые вы прослушиваете, и может
составить список ваших любимых музыкальных композиций. Вы легко сможете настроить ваш
будильник таким образом, чтобы он случайным образом выбирал одну из ваших любимых песен
и включал ее в моменты вашего подъема. Это будет прекрасным началом вашего нового дня.
А как вам нравится возможность начать просмотр фильма в гостиной, а закончить его
в вашей спальне? Или использовать функцию «картинка в картинке» и смотреть фильм
одновременно наблюдая за поведение детей на площадке? Все эти возможности стали
обязательной опцией современных устройств. Вам остается только объединить их с системой
управления для удобного использования.
Электроснабжение
Вполне возможно, что для вашего дома будет выделена определенная максимальная
мощность, которую вам нельзя превышать, иначе вы будете вынуждены платить по значительно
более высоким тарифам или вообще ваш дом будет автоматически отключен. Но у вас в доме
могут быть установлены потребители, суммарная мощность которых превышает этот лимит.
В этом случае вам необходима система, которая бы непрерывно контролировала потребление
вашего дома, и в случае превышения потребляемой мощности автоматически бы отключала
потребителей в порядке их приоритета. Автоматизация системы электроснабжения легко сможет
решить эту задачу.
Классический пример «я не забыл ли выключить утюг» используют в самых разных сферах.
Если при проектировании электроснабжения вы разобьете всех на бытовые, которые должны
быть отключены, когда вас нет дома, и устройства, требующие постоянного наличия напряжения
питания (телевизоры, музыкальные центры, содержащие часы точного времени), то вы легко
можете реализовать сценарий, который обеспечивает отключение всех бытовых потребителей
при отсутствии людей в доме. В этом случае вопрос с утюгом вам задавать себе уже не придется
никогда.
Еще одной важной задачей является резервирование электроснабжения. При проектировании
промышленных предприятий и части гражданских объектов обычно электроснабжение
осуществляется от двух независимых электрических линий для обеспечения бесперебойного
питания. Для вашего дома вряд ли будет выделена вторая линия, поэтому вам самостоятельно
нужно решать вопрос по резервированию. Самым простым способом является установка
аккумуляторных батарей или отдельных устройств – источников бесперебойного питания (ИБП),
которые вы часто видите возле персональных компьютеров. От ИБП вам в любом случае нужно
запитать все элементы системы умного дома, охранной и пожарной сигнализации,
видеонаблюдения, персональные компьютеры. Желательно также включить через ИБП дорогую
электронику, например телевизоры с большой диагональю.
Кроме того, вам нужно подумать об обеспечивающих системах вашего дома. Например, у вас
в доме есть газовый котел и насосы, которые обеспечивают циркуляцию воды в системе
отопления и горячего водоснабжения. При пропадании электроэнергии газовый котел и насосы
будут остановлены, а при последующем ее появлении могут и не запуститься автоматически
вследствие ошибки в системе. Предусмотрев работу газового котла и насосов от источника
бесперебойного питания, вы снизите риск заморозить ваш дом в суровую зимнюю пору.
Для большого дома вам следует подумать о системе аварийного освещения. Вы можете
сделать отдельную группу источников света, которые будут запитаны от ИБП. В этом случае при
отключении электроэнергии в вашем доме останутся включены часть ламп освещения. Это
особенно важно, когда в вашем доме живут маленькие дети или пожилые люди.
После того, как вы определили всех своих потребителей, вам необходимо составить таблицу,
в которой будет указана мощность каждого устройства. Сложив все цифры, вы получите
итоговое значение мощности. Вам необходимо будет подобрать ИБП с небольшим запасом.
Кроме того, вы можете применить один большой или несколько маленьких ИБП. Каждый
вариант имеет свои достоинства и недостатки, но имейте в виду, что аккумуляторные батареи
ИБП имеют ограниченный ресурс работы, и их необходимо периодически менять. Лучше всего,
если сами источники бесперебойного питания будут подключены к системе управления умного
дома, которая автоматически будет контролировать их состояние.
Следует также иметь в виду, что ИБП большой мощности могут стоять достаточно дорого.
Кроме того, они имеют ограниченное время работы от аккумуляторных батарей. Поэтому если
вы живете в частном доме, вы можете установить дополнительный дизель-генератор, который
будет обеспечивать вас электроэнергией до тех пор, пока не кончится горючее.
Но дизель-генератор не может запуститься мгновенно, его запуск производится в течение
нескольких минут. Поэтому оптимальным вариантом резервного электроснабжения большого
дома является установка ИБП небольшой мощности, энергии которого хватит
на электроснабжения части потребителей до того момента, пока запустится дизель-генератор.
Вам также понадобится подключение этого оборудования в систему управления умного дома для
возможности управления, контроля и уведомления в случае возникновения аварийных ситуаций.
Современные системы автоматизации
Масштабируемость.
Если ваша система является масштабируемой, то вы можете начать с основной системы
автоматизации, установить ее сейчас, а через несколько месяцев дополнить ее дополнительными
функциями без необходимости переделывать то, что уже было куплено и смонтировано. Хотя
возможность расширения присутствовало всегда, раньше это не было так доступно и практично
и совсем не поощрялось производителем системы.
Системы, которые производились ранее, не использовали модульный принцип построения
и предлагали полную автоматизацию всех систем дома. Интеграция с системами другого
производителя не поддерживалась. Это было сделано для того, чтобы домовладельцы купили все
решение целиком и заплатили большие деньги. Но для конечного потребителя это было слишком
дорогим улучшением своих жилищных условий, поэтому позволить подобную систему могли
далеко не все желающие.
Интуитивные средства управления.
С ростом количества устройств и выполняемых функций большую роль играет
пользовательский интерфейс, который не должен быть загроможден лишними элементами
управления, быть функциональным, но в тоже время интуитивно понятным. Оптимальным
является ситуация, когда человек, впервые взявший в руки планшет с запущенной системой
управления, сможет ею управлять без необходимости чтения различных руководств
пользователя.
Логический, понятный и несложный пользовательский интерфейс является ключевым для
успешной работы пользователя с системой автоматизации. Изготовители прекрасно это
понимают и сосредотачивают много своих усилий и энергии на дизайне. Люди знают, как
использовать смартфон, и многие производители создали свои пользовательские интерфейсы с
теми же подходами к управлению. Домашний экран показывает только несколько виджетов за
один раз, что устраняет лишний беспорядок на экране.
Более легкая интеграция.
За последние несколько лет было выпущено множество инновационных продуктов. Наиболее
известным является термостатом Nest и аудиосистема Sonos. Оба продукта являются достаточно
крупными, но когда они были представлены на рынке, у них был один большой недостаток. Они
не обладали способностью быстро и легко интегрироваться с домашней системой автоматизации.
Облачные
Термин «облачные технологии» появился более 10 лет назад. Есть множество определений
технологии.
этого термина. Для наших целей будем понимать под облачными технологиями такое построение
системы автоматизации, когда часть ее компонентов находится за пределами объекта и связана с
ним через каналы связи. Фактически «облако» это сервера, расположенные в центре обработки
данных и специальное программное обеспечение. Многие разработчики продуктов создают для
своих устройств специальное программное обеспечение, которое работает с облачным сервером.
Рассмотрим пример. В магазине вы купили новое устройство, подключили его дома в свой
домашний роутер, который автоматически предоставил возможность устройству подключаться
к сети Интернет. Внутри вашей домашней сети вы можете легко с ним работать. Сложнее
обстоят дела с доступом к устройству через Интернет с вашего IPhone.
Для того, чтобы телефон смог подключиться к устройству он должен установить с ним
соединение. И тут есть две проблемы. Первое: для безопасности вашей домашней сети ваш
роутер запрещает все входящие соединения с устройствами, внутри вашего дома (если у вас это
не так, обязательно измените настройки вашей домашней сети). Второе: чтобы соединиться
с устройством, оно должно иметь уникальный (т.н. «белый») IP адрес. Ваш провайдер скорее
всего вам его может предоставить, но за отдельную плату. После этого вы должны настроить
ваш роутер так, чтобы все запросы по предоставленному адресу он отправлял этому устройству.
А если устройств два? Три? Или десять?
Безусловно, такой подход не слишком рационален, хотя соответствующими настройками
сетевого оборудования эту задачу можно решить. Облачные технологии подразумевают другой
сценарий. Производитель устанавливает сервер в сети, получает для него IP адрес, который
может быть связан с доменным именем. Этот адрес «зашивается» в устройство при его
изготовлении. Когда вы включили устройство дома, оно устанавливает соединение с сервером
производителя. Это исходящее соединение и ваш роутер разрешит выполнить запрос. Ваш
IPhone также устанавливает соединение с известным адресом производителя оборудования.
А программное обеспечение, которое установлено на сервере, организует всю необходимую
обработку и передачу команд управления, а также сбор статистики, диагностику неисправностей
и т. д.
Это самый простой способ использования облачных технологий для целей домашней
автоматизации. В более сложном варианте часть вычислительной обработки производится не в
устройстве, а в облаке. Например, есть сложная математическая формула, которую необходимо
посчитать, чтобы выдать управляющее воздействие. Если эту формулу будет рассчитывать
устройство, то этот расчет будет достаточно длительным. Чтобы сделать этот расчет быстрым,
необходимо установить более быстрый процессор, но это всегда дороже. А можно передать все
исходные данные для расчета в облачный сервер, который быстро выполнит необходимые
расчеты и вернет результат в устройство. Именно так используются облачные вычисления.
Сценарии
Основное преимущество системы автоматизации заключается в том, что различное
оборудование может управляться централизованно в определенной последовательности,
созданной заранее. Такую последовательность операций принято называть сценариями.
Сценарии могут быть запущены в следующих случаях:
По инициативе пользователя, нажавшего кнопку выключателя, или кнопку в интерфейсе
местной панели, телефона или планшета. При возможности удаленного управления сценарий
может быть запущен удаленно с любого устройства, имеющего соответствующие полномочия.
Системы автоматизации программируются таким образом, чтобы создать сценарии для
наиболее часто повторяемых событий. Подумайте о действиях, которые вы совершаете каждый
день, чтобы выполнить определенные повторяющиеся вещи. Вы закрываете двери,
активируете систему безопасности, выключаете свет, регулируете термостат и закрываете
рулонные шторы. Другой сценарий выполняется, когда вы приезжаете после работы домой, во
время отпуска, вечеринки. Безусловно, все эти операции по включению, выключению,
изменению настроек можно выполнить вручную. Это не трудно, но делать это каждый день
может быть утомительным. Лень – это двигатель прогресса. А системы автоматизации создают
самые ленивые люди!
Система за секунды может выполнить то, для чего вам потребовались бы минуты, чтобы
выполнить это вручную. Все, что вы делаете – нажимаете одну кнопку. Система начинает
выполнять последовательность команд управляя различными электронными устройствами,
расположенными всюду по вашему дому.
Самостоятельная настройка сценариев – это одна из наиболее привлекательных особенностей
системы. Экономя время, это помогает организовать вашу домашнюю жизнь более эффективно.
Это также гарантирует, что ваша домашняя обстановка полностью соответствует тому виду
деятельности, который вы выполняете прямо сейчас. И, безусловно, это подчеркивает
уникальную индивидуальность вашего дома.
Большинство систем поддерживают произвольное количество сценариев, некоторые
из которых могут выполняться одновременно. Вы можете назвать свои сценарии произвольным
образом. Кнопка на клавиатуре или экране планшета может называться, например: «Хорошая
ночь», «Время сна», или еще как угодно. Аналогично, вы можете персонализировать систему,
чтобы дом мог сказать «Привет, Андрей!» вместо универсального приветствия.
Сценарий «Доброе утро».
От того, как вы начнете ваш день, очень сильно зависит то, как он для вас пройдет. Система
автоматизации способна создать наиболее комфортные условия для пробуждения.
В соответствии со временем вашего подъема система постепенно включит освещение или
откроет шторы на окнах, если на улице достаточно светло. Температура в вашей комнате будет
повышена, чтобы вам было комфортно покидать кровать. В ванной комнате также будет включен
теплый пол и повышена температура. Вас разбудит тихая и приятная музыка
из плейлиста с вашими любимыми песнями. Если вы не встанете сразу, система вам даст еще
немного подремать, а потом будет увеличивать громкость музыки до тех пор, пока не встанете
вы, либо ваши соседи. Кофеварки и чайники будут автоматически нагреты до нужной
температуры. Если ночью были телефонные звонки, переведенные на автоответчик, система
автоматически воспроизведет их. Телевизоры будут включены на ваши информационные каналы.
Информационная система соберет все необходимые новости, новые сообщения, курсы валют,
состояние работы ваших сервисов и иную аналитическую информацию и выведет ее
на панели. В соответствии с вашим календарем система покажет ваши задачи на сегодня, а также
контакты людей, с которыми вам необходимо встретиться.
При выходе из дома система получит информацию о прогнозе погоды и предупредит о
необходимости взять зонтик, а также выведет список задач на текущий день, чтобы вы
убедились в том, что ничего не забыли дома.
Сценарий «Я на работе».
После того, как вы, и другие члены семьи покинут свой дом, система выключит весь лишний
свет, различное ненужное оборудование, телевизоры и т. д. Система отопления, вентиляции,
кондиционирования будет переведена в экономичный режим. Все элементы системы
безопасности будут активированы, двери закрыты. В случае возникновения аварийных ситуаций
вы получите соответствующее уведомление на ваш телефон. Все входящие звонки могут быть
переведены на автоответчик либо на ваш мобильный (рабочий) телефон.
Сценарий «Я дома».
При возращении домой для каждого члена семьи активируется свой сценарий. Например,
если в середине рабочей недели ваш ребенок вернулся домой со школы, система автоматически
включит телевизор на кухне, чтобы заставить ребенка пообедать, прежде чем пойти играть.
На ваш телефон также может быть направлено уведомление. Если у вашего сына строгий график
тренировки, то система может контролировать его исполнение, и если что-то идет не так, то
отправит грозное уведомление и вам, и вашему непослушному ребенку. Телефонные звонки,
записанные на автоответчик во время вашего отсутствия, будут автоматически воспроизведены
системой.
Умный дом контролирует местонахождение своих жителей, и на основании этих данных
строит свое поведение. Он может включить вашу любимую музыку или вывести аналитическую
информацию о том, что произошло за день, когда вы вернетесь домой. Поскольку брелки
системы безопасности, различные датчики и камеры наблюдения связаны с каждым
пользователем дома, система понимает, кто пришел, и кто сейчас находится дома. Вы сами
задаете примерное время возвращения домой, поэтому к вашему возвращению тепловой режим
в доме будет оптимальным. Если вдруг вам срочно необходимо вернуться домой, вы всего лишь
нажимаете большую красную кнопку «еду домой» на вашем телефоне, и система автоматически
активирует необходимые режимы работы дома.
Сценарий «Вечеринка».
Вечеринка – это один из хороших способов показать друзьям возможности своего дома. Этот
сценарий активирует демонстрационные возможности системы управления, чтобы она сама
могла рассказать о своих возможностях вашим друзьям. Будут активированы все световые сцены,
которые будут периодически меняться, чтобы гости могли все посмотреть. Будет включена
музыка всюду по дому и на заднем дворе, ваши произведение искусства и архитектуры дома
будет представлена максимально эффектно. Температура в помещениях будет установлена чуть
ниже обычного значения, чтобы большому количеству людей было комфортно.
В музыкальной комнате система включит заранее подготовленный плейлист с популярными
композициями и активирует цветомузыкальные эффекты. Все готово к веселому отдыху!
А ближе к утру, когда последние гости уйдут домой, система выключит все оборудование
и активирует систему безопасности, поскольку вы сами скорее всего забудете это сделать.
Сценарий «Спокойной ночи».
После того, как все устроились в своих уютных кроватях, система плавно выключит свет, но
оставит некоторых места слабо освещенными. Также будет полностью активирована система
безопасности, закрыты все замки и моторизованные рулонные шторы. Для того, чтобы
не тратить лишние энергоресурсы, система снизит температуру во всех помещениях, где никто
не спит. После того, как вы заснете, система и в вашей комнате снизит температуру, но уже
по медицинской причине, поскольку сон при низкой температуре более крепкий. Домофон и все
телефоны будут переведены в ночной режим. Лишние панели будут погашены. Будут запущены
сценарии резервного копирования всей вашей информации. Если у вас ночной тариф
на электроэнергию ниже чем дневной, система в нужное время автоматически запустит крупных
потребителей, например стиральную или посудомоечную машину. Все остальные системы будут
отключены или переведены в спящий режим для максимального снижения потребляемой
электроэнергии.
Сценарий «Ночная прогулка».
Если вдруг в середине ночи природа вам напомнила о себе, то система автоматизации также
сможет распознать это события. Обнаружив движения в вашей комнате, сопоставив текущее
время и время будильника, система поймет, куда вы скорее всего пойдете. Чтобы не пугать вас
ярким светом, система управления включит неяркую подсветку в коридорах и в ванной комнате.
Вам даже не придется искать выключатель, система автоматически включит и выключит
освещение в нужных местах. А автоматическая оценка качества сна зафиксирует это событие.
Сценарий «Полив цветов».
Независимо от того, есть ли у вас роскошный цветник или небольшие горшочки с цветами, их
нужно периодически поливать. Любая система автоматизации прекрасно справится с этой
работой. Вы можете сами создать расписание полива. Также можно добавить к нему исключения,
настроив получение данных с датчиков состояния влажности почвы. Вы можете создать
произвольное количество зон полива и сделать для них отдельное расписание. Это действительно
просто и недорого. Кстати, хорошая идея начать автоматизацию вашего дома
с установки системы автополива.
Сценарий «Домашние животные».
Во многих домах живут наши четвероногие друзья. Кошки и собаки являются полноценными
жителямиодни
наших
квартир
и домов.
Естественно,
разработке
системы домашней
остаются
дома,
поэтому
система
управленияпри
дома
должна понимать,
что в доме
автоматизации
необходимо
учитывать
наличие
животных
в
доме.
Кроме того,
животные
присутствуют животные. Установив систему автоматического кормления
кошки,
котораячасто
периодически добавляет корм в ее миску, вы сможете не беспокоиться о том, что ваше любимое
животное будет голодным, когда вас нет. Не делайте только так, как делал доктор Браун
в фильме «Назад в будущее», и все будет хорошо!
Помимо питания домашним животным, как и людям необходимо пить свежую воду. Если вы
уезжаете надолго, то будет плохой идеей просто налить питомцу большую чашку воды. Вам
необходимо использовать готовые устройства, вода в которых периодически обновляется. Если
вы любите мастерить руками, то легко сможете за несколько вечеров собрать самостоятельно
автоматическую поилку и подключить ее к системе управления умного дома.
Закрепив на животном небольшой браслет или установив видеокамеру перед маленькой
дверью, которая выпускает животное на улицу, и обеспечив ее автоматическое открытие, вы
позволите вашему питомцу самостоятельно выходить на улицу и возвращаться домой. Ну, вы же
знаете, что кошка любит гулять сама по себе!
Также вы можете закрепить на животном специальный браслет, который определяет его
местонахождение и передает данные умному дому. После этого умный дом будет знать
местоположение всех его жителей.
Многие из нас считают собак своими четвероногими друзьями. Однако иногда ваши
соседские друзья начинают лаять без всякой на то причины. Выпускаются специальные
устройства, которые генерируют звук определенной частоты, недоступный для восприятия
человеком, но очень болезненный, хотя и абсолютно безопасный для собаки. Связав запуск
такого устройства с микрофоном, связанным с системой управления умного дома, вы можете
включать его только тогда, когда собака лает. Да простят меня за такие советы борцы за права
животных, ведь характер животного очень сильно зависит от самих хозяев.
Сценарий «Повышенный контроль».
Мы все стареем. Человечество еще долгое время не сможет решить эту проблему, если она
вообще имеет решение. Наши пожилые родители нуждаются в особом контроле. Современные
медицинские приборы уже умеют передавать данные о результатах измерений через Bluetooth.
Вы можете подключить их к системе управления. В случае, если измеренные значения
отклоняются от допустимой нормы, (например, артериальное давление) система управления
отправит вам соответствующее уведомление. Если же данные не приходят в систему некоторое
время (например, два раза в день необходимо измерять температуру), то система также отправит
вам предупреждение. Вы даже можете настроить систему так, чтобы она понимала, в какой
комнате находится человек, контролировала его перемещение, и если вдруг что-то пойдет не так,
могла связаться с вами. Возможности дистанционного мониторинга состояния здоровья при
таком подходе очень велики. Вы даже можете отправлять данные непосредственно лечащему
врачу, чтобы врач мог контролировать ход лечения.
Этапы автоматизации дома
После того, как вы приняли решение о создании умного дома в существующем жилье, или
об установке системы автоматизации в новый дом, который еще только проектируется, вам
необходимо совершить достаточно большое количество действий. Очень многое зависит о того,
какой вариант создания умного дома вы выберите: выполнение всех работ специализированной
организацией или самостоятельное создание умного дома.
Опираясь на техническое задание, инженеры исполнителя разрабатывают проектную
документацию, которая, как правило, включает следующие разделы:
1.Пояснительную записку
2.Спецификация на приобретение оборудования и материалов.
3.Принципиальные схемы, планы расположения оборудования, планы расположения розеток,
трассировку кабелей и т. д.
4.Инструкции для пользователя системы, которыми вы будете впоследствии пользоваться при
эксплуатации системы.
5. Календарный график выполнения дальнейших работ
6. Методика проведения испытаний, которая описывает последовательность тестов, которые
будут выполнены при сдаче работы.
На этапах монтажа, установки оборудования, пусконаладки и программирования, проектная
документация будет служить руководством для специалистов, выполняющих эти операции. При
сдаче каждого из этих этапов результаты работы проверяются на соответствие проекту.
Поставка оборудования и материалов – это признак того, что началась активная фаза работы
над проектом. Чтобы предохранить оборудование от пыли и случайных повреждений, поставка
осуществляются в несколько этапов. Первым этапом на объект завозятся кабели и расходные
материалы. По окончании строительно-отделочных работ – активное оборудование
(коммутационное, серверное и т.д.). Все поставки согласовываются с заказчиком
и осуществляются в соответствии с графиком работ.
Монтаж оборудования это самый длительный и сложный этап работы, который делится
на несколько этапов. Все работы проводятся параллельно со смежными организациями, которые
также участвуют в создании объекта. До начала отделочных работ проводится прокладка
кабельных трасс в соответствием с проектом. Далее, когда отделочные работы уже близки
к завершению, исполнитель приступает к основным работам – монтажу основного оборудования
и пусконаладке. В процессе этого этапа устанавливаются серверное и щитовое оборудование,
монтируется и подключается активное оборудование и т. д. Выбор места установки
оборудования осуществляется в соответствии с проектом.
После выполнения монтажных работ исполнитель приступает к программированию,
настройке и тестированию системы. На данном этапе вы должны окончательно определиться
со всеми сценариями вашего дома, чтобы исполнитель смог выполнить программирования сцен.
Также исполнитель должен запрограммировать и настроить все системы в соответствии
с вашими пожеланиями для достижения максимального комфорта. Специалисты программируют
центральное оборудование (контроллеры, средства управления), прописываются алгоритмы
и логику интерфейса системы, взаимосвязи между различными компонентами системами, также
проводятся работы по настройке оборудования. По завершению программирования и настройки
проводятся пробное тестирование, чтобы окончательно убедиться в надежной работоспособности
системы.
После выполнения всех работ и тестирования системы исполнитель обязан выполнить сдачу
работ и провести обучение по использованию системы для всех будущих пользователей умного
дома. На этом этапе заказчик должен принять работу и научиться использовать все новые
возможности «умного дома». Исполнитель должен рассказать и продемонстрировать все
возможности и прежде всего показать программное обеспечение. Поскольку подсистем может
быть довольно много, то, возможно, принимать работу нужно будет поэтапно, переходя от одной
системы к другой по мере готовности. Основой для выполнения этого этапа является методика
испытаний, входящая в комплект проектной документации.
В ходе сдачи работ обязательно убедитесь в том, что вам переданы все пароли к различным
элементам вашей системы. Их наличие при необходимости позволит передать обслуживание
дома другой организации или самостоятельно выполнять часть работ.
В процессе эксплуатации оборудование, в силу ряда объективных и субъективных причин,
система может выходить из строя или работать не так, как хотелось бы. Какова бы ни была
причина такой нештатной ситуации, важно знать, что любой сбой можно устранить. Каждая
компания дает гарантию на все произведенные работы. Гарантийный срок на оборудование
устанавливает производитель. По истечении гарантийного срока вы можете заключить контракт
на послегарантийное сервисное обслуживание. Беря на себя обязательства по сервисной
поддержке работающих у вас систем, исполнитель гарантирует выполнение следующих работ:
• Периодический осмотр оборудования и удаленная диагностика,
• Проведение ремонта
• Дополнительное обучение заказчика и техническое консультирование,
• Круглосуточная телефонная линия технической поддержки.
Решение проблем
Наибольшее количество проблем у вас будет в том случае, если в существующий дом,
который строился и проектировался много лет назад, вы захотите установить современную
систему автоматизации. Причиной является электроснабжение и новая проводка, которую нужно
будет проложить. Типовая система электроснабжения очень плохо подходит для автоматизации.
Для управления розетками и освещением необходимо, чтобы шел отдельный кабель
от устройства до щита управления. С очень большой степенью вероятности можно сказать, что у
вас все сделано не так. Соответственно, чтобы отдельно управлять каждой розеткой вашего дома,
придется частично или полностью изменить маршрут проводки или рядом с розеткой установить
блок, который будет коммутировать силовое питание. При этом к блоку нужно будет подвести
кабель управления. Это не сложно, но такие блоки нужно где-то установить. Вы, конечно, можете
использовать беспроводные решения, например, на основе протокола Z-Wave или X10, но тогда
будьте готовы, что периодически с такими устройствами могут быть проблемы. В любом случае
самый
надежный
способ
управления
–
это
передача
сигнала
по кабелю.
Часть проблем будет связано с архитектурой дома и дизайнерскими решениями. Новые
кабельные трассы, которые непременно появятся, нужно будет проложить так, чтобы их было
не видно. Локальные панели управления, которые вы захотите установить в некоторых комнатах,
также необходимо будет закрепить, скрытно подвести к ним питание и кабели управления.
В любом случае, если вы задумали установить систему автоматизации в существующем доме,
готовьтесь так, как вы обычно готовитесь к ремонту.
Чтобы автоматизация автоматического поддержания температуры могла работать
существующая система отопления должна позволять регулировать температуру в каждой
комнате. Вполне возможно, у вас есть узел распределения теплоносителя («гребенка», как ее
часто называют специалисты), на котором вам придется установить клапаны с электрическим
приводом. Также на батареях могут стоять термостаты с ручным управлением, в этом случае вы
можете заменить ручку настройки на блок электропривода и подвести провода к каждой батарее
отопления. Если же вам совсем не повезло, то потребуется полное изменение схемы
теплоснабжения.
Еще с одной проблемой вы столкнетесь при автоматизации кондиционеров, если у вас
система охлаждения индивидуальная для каждой комнаты. По непонятным причинам,
интерфейсные модули к кондиционерам, которые позволяют их подключить к системе домашней
автоматизации, стоят безумно дорого и подходят не ко всем моделям. Для организации
бюджетного способа управления вам придется использовать либо имитацию ИК команд,
вырабатываемых пультом дистанционного управления, либо управлять силовым питанием
на с помощью контактора. Однако оба способа не являются удачным решением.
Другие проблемы будут связаны с объединением продуктов различных производителей.
Большинство современных продуктов могут быть встроены в систему автоматизации достаточно
легко. Но некоторые системы, особенно выпущенные несколько лет назад, могут доставить вам
значительные сложности. Стоимость решения по интеграции старого оборудования может быть
сравнима с покупкой нового оборудования с такими же функциями. Если же вы только
планируете покупку новых вещей для вашей квартиры или дома, обязательно
проконсультируетесь со специалистом по автоматизации.
Много производителей выпускают товары, которые можно легко подключить к системе
домашней автоматизации, но это продается как дополнительная опция. Например, счетчики
электрической энергии, которые могут быть подключены к компьютеру, выпускаются с буквой
«м». Если вы купите обычный счетчик, а потом захотите снимать с него показания удаленно, вам
придется купить новую модель с необходимой опцией. И очень сильно повезет, если
необходимый коммуникационный модуль продается отдельно, и вы сможете его установить
в прибор самостоятельно, без необходимости обращаться в сервисный центр.
Даже инновационные новые продукты, которым встроили возможность подключения
к системе автоматизации, такие как, программируемые термостаты, электронные дверные замки
и IP камеры наблюдения, не всегда работают хорошо в общей системе. Да, вы можете
использовать отдельное, специальное приложение для смартфона, разработанное
производителем, чтобы управлять IP камерой наблюдения. Но если вы хотите, чтобы камера
была частью системы автоматизации, когда система управляет светом, камерой и другими
компонентами, то вам понадобится заплатить дополнительные деньги инсталлятору системы за
необходимую доработку программного обеспечения.
Если вы столкнетесь с такими проблемами, то хорошо подумайте, прежде чем платить деньги
за подобные решения. Они дорогие, поскольку сделаны исключительно под вас, кроме того,
такие решения не всегда работают надежно.
Другая тенденция, которая сейчас очень популярна, но, в конечном счете, может вызвать
головные боли, является беспроводная домашняя автоматизацией. Вы думаете, что будет легко
установить систему, которая не требует никакой проводки, но в большинстве домов сделать это
просто не получится. Вернее систему легко установить, но она может работать очень плохо.
Беспроводные системы сейчас значительно более надежны, чем были несколько лет назад.
Но домам нужны хорошие беспроводные сети, чтобы обеспечить их надежную работу.
С добавлением домашней системы автоматизации число устройств в сети может вырасти
до 50—100. Не ожидайте, что недорогой кабельный маршрутизатор, который ваш поставщик
интернет-услуг дал вам бесплатно, сможет справиться с дополнительными устройствами
и обеспечить непрерывную передачу трафика. Именно поэтому многие инсталляторы систем
автоматизации настаивают на предварительной проверке и модернизации беспроводной сети,
прежде чем устанавливать новые устройства.
Приложение 1. Техническое задание на умный дом
1. Общая информация
2. Перечень систем, для которых требуется автоматизация
3. Требования к автоматизации систем
3.3. Система безопасности
3.4. Моторизованные элементы
3.5. Отопление, вентиляция и кондиционирование
3.6. СКС, телефония и домофон
3.7. Электроснабжение
4. Управление
5. Сценарии