Управление умным домом с компьютера. Умный дом - что могут современные системы автоматизации

В фильмах часто демонстрируется жилое помещение, которое как будто живет своей жизнью. Лампочки загораются по мановению руки, открываются шторы, после определенного слова играет музыка. Все это оборудования является интеллектуальной домашней системой, и мы предлагаем рассмотреть, как сделать умный дом своими руками, что для этого нужно, а также какова схема такой системы.

Умный дом – что это

Умный дом – это домашняя автоматика, которая является жилым расширением автоматизации зданий. Главная автоматизация может включать централизованное управление освещением, ОВК (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), бытовую технику, открывать замки ворот, дверей, GSM и других систем, чтобы обеспечить улучшенное удобство, комфорт, энергоэффективность и безопасность. Нужно отметить, что для некоторых категорий населения (пожилых людей, инвалидов) это мероприятие может стать необходимым.

Фото – Умный дом идеи распределения
Фото – Простой умный дом

С новейшим внедрением в нашу жизнь SMART технологий, многие уже не представляют свою жизнь без автоматических установок, программного оборудования, нам необходим беспроводной интернет, бытовые приборы.

Домашняя автоматика относится к использованию компьютерных и информационных технологий для управления бытовой техникой и их функциями. Она может варьироваться от простого дистанционного управления освещением до сложных сетей на базе компьютера/микро-контроллера с разной степенью интеллекта и автоматизации. Домашняя автоматика преимущественно должна быть максимально простой.

Фото – Умный дверной замок

Достоинства использования «умного дома» в квартире на базе PIC или WAVE:

1. Экономичный расход времени на ежедневную настройку разнообразных механизмов, прием звонков, рассылку почты;
2. Использование газообразных или жидких топливных материалов, а позже использование электричества, позволило увеличить автоматизацию в системах отопления, уменьшая рабочую силу, необходимую, для ручной дозаправки обогревателя и печи.
3. Развитие термостатов позволило настроить более автоматизированное управление отопление, а позже охлаждение;
4. Так часто осуществляется охрана промышленных объектов, жилых помещений;
5. По мере увеличения числа управляемых устройств в доме поднимается их взаимосвязь. Например, печь может отправлять уведомления, когда он нуждается в чистке, или холодильник, когда он нуждается в обслуживании.
6. В простых установках, smart может включать свет, когда человек входит в комнату. Также в зависимости от времени суток, телевизор может настраиваться на нужные каналы, выставлять температуру воздуха, освещение.

Умный дом может предоставить интерфейс-доступ к бытовой технике или автоматизации, чтобы обеспечить контроль и мониторинг на Вашем смартфоне, через сервер, мини Smart для iPhone, iPod touch, а также при помощи переносного компьютера (необходим специальный soft: AVR Studio).

Фото – Контроль дома через планшет

Видео: система Schneider Electric умного дома

Элементы умного дома

Элементы домашней автоматизации включают в себя датчики (например, температуры, дневного света или обнаружения движения), контроллеры и приводы, таких как моторизованные клапаны, выключатели, двигатели и другие.

Фото – Схема управления дома

Это отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, ОВК может контролировать температуру и влажность, к примеру, термостат интернет-контроля позволяет домовладельцу удаленно управлять системами отопления и кондиционирования воздуха здания, система может автоматически открывать и закрывать окна, включать радиаторы и котлы, теплый пол.

Освещение

Эти механизмы управления освещением могут быть использованы для управления бытового света, техники. Также сюда можно отнести систему естественного освещения, работу жалюзи или штор.

Фото – Схема умного дома

Аудио-визуальная

• Эффект присутствия дистанционного управления (Это самая современная технология, которая применяется для увеличения безопасности). Заключается в зажигании света, музыкальном сопровождении.
• Имитация присутствия
• Регулирование температуры
• Регулировка яркости (электросветильники, уличное освещение)
• Безопасность (сигнализация, жалюзи).

Как сделать умный дом

Интеллектуальную систему можно сделать своими руками, самый бюджетный вариант – это настройка контроля освещения в доме или включения компьютера.

Фото – Вариант управления умным домом

Чтобы сделать лампу, которая будет «сама» загораться, к ней понадобится подключить специальное оборудование. Есть несколько вариантов решения это задачи:

1. Установить акустическое реле (1 или x10-wire);
2. Присоединить диммер;
3. Подключить датчик движения.

Проще всего работать с датчиком. Его продажа осуществляется в любом интернет-магазине, можно купить канальный прибор, можно разработать свой собственный по своим параметрам. Единственное замечание, нельзя устанавливать с таким прибором лампу накаливания, она может не выдержать нагрузки и взорваться, лучше работать со светодиодной.

Фото – Концепция умного дома

Еще один «умный» бесшумный вариант – это диммер. Здесь Вам понадобится прикоснуться к лампе, в зависимости от количества прикосновений, говорящий прибор будет менять яркость. Это очень удобно использовать на лампе в спальне, детской.

Чтобы настроить контроль и регулирование температуры, нам понадобится многоканальная система. Центральная схема контроля температуры и влажности состоит из:

• Датчиков (ds1820), которые измеряют физическое состояние жидкости, воздуха.
• Контроллеров (rfm12), которые могут быть простыми физическими компонентами и сложными устройствами специального назначения или встроенных компьютеров.
• Приводов люнекса, которые реагируют на сигналы контроллеров.

Самый современный способ – это купить все составляющие умного дома, провода, термостаты. После установить приборы в каждой комнате, по терморегулятору на радиатор и один на котел. Также понадобится управляемый блок, или «мозг» всей системы. Его рекомендуется смонтировать на входной трубе отопления.

Фото – Система умного дома

Наиболее просто осуществляется монтаж системы видеонаблюдения и сигнализации. Принципиальные положения установки систем безопасности:

1. Нужно подключить датчики на окнах, дверных проемах, там электрика будет самой продуктивной;
2. Сложнее всего подбирается плата, от неё зависит контроллер умного дома, работа посредственных деталей, уровень сигналов;
3. Многие специалисты считают, что монтировать индикаторы нужно на уровне пола. Где-то см 20 от плинтуса, это повышает эффективность;
4. Желательно установить постоянный мониторинг, установить цифровую систему контакта со службой охраны. Часто ответственными хозяевами устанавливается специальная программа к себе на персональный компьютер, которая позволяет контролировать работу системы из любой точки, где есть интернет (так советует поступить Елена Тесля и её книга: «Умный дом: как сделать своими руками», также там есть и другие решения). Можно подключить sms-оповещения.

Умный дом – это очень удобный способ сделать свою жизнь проще, часто целая система покупается полностью (Arduino, KNX, Linux).

Стоимость каждой системы индивидуальна. Самые популярные марки следующие: beckhoff, gira, lpt, redeye, Smart Switch IOT screen, teleco. Мы рекомендуем, перед тем, как построить такое жилье, посоветоваться со специалистами, они помогут вычислить уровень нагрузки, рассчитать потребляемую мощность.

Фото – Управление светом через телефон

Чтобы почерпнуть идеи, можно пролистать В.Н.Гололобов «Умный дом» своими руками, DJVU или PDF, бесплатно посмотреть у нас фото и видео- инструкции, прочитать советы известных мастеров.

Принято считать, что концепция «Умного дома» (от английского smart house) берет свое начало в середине прошлого века, но из-за высокой стоимости реализации подобные проекты не получили широкого распространения. Ситуация в корне изменилась с развитием электроники и в настоящее время такие системы хоть все еще не внедряются повсеместно, но уже и не воспринимаются как диковинка. Предлагаем рассмотреть, что представляет собой «Умный дом», его круг задач, а также возможность самостоятельной реализации такого проекта.

Что такое система «Умный дом»?

Под данным термином подразумевается программно-аппаратный комплекс, позволяющий автоматизировать и упростить управление различными системами, а также другим оборудованием дома или квартиры.

В качестве примера приведем функции, которые могут быть возложены на «Smart house» (далее SH):

Управление системой освещения, например:

• включать свет по сигналу датчика движения;
• имитация присутствия хозяев (периодически зажигается свет в разных комнатах);
• изменение различных вариантов подсветки интерьера;
• дистанционное управление светом при помощи планшета или смартфона и т.д.

Вариант функционального набора охранной системы:

• получение SMS сообщений в случае включения, отключения и срабатывания системы;
• отправка MMS сообщений с видеокамер при поступлении сигналов от датчиков движения;
• возможность просмотра видеозаписи через Интернет и т.д.

Система климат-контроля:

• поддержка температуры на заданном уровне, с возможностью его установки дистанционно (например, при помощи смартфона);
• установка режима максимальной экономии при отсутствии хозяев и т.д.

Это далеко не полный функциональный набор, он может быть расширен в зависимости от пожеланий и финансовых возможностей. Благодаря развитию беспроводных технологий масштабируемость системы не требует капитального ремонта.

Какие минусы имеет “Умный Дом”:

• Любая электроника не застрахована от сбоев или зависаний. Нужно быть готовым к тому, что в любой момент понадобится перенастройка отдельных электронных систем и компонентов вручную;
• Дороговизна. На рынке России и СНГ производители продают системы по минимальной цене от 2000 долларов до 5000, в зависимости от «начинки» и пожеланий заказчика.

Как сделать дом «Умным»?

В идеале реализация подобных решений должна вестись на этапе строительства, но такой вариант ввиду разных причин не популярен среди застройщиков. В результате остается два способа автоматизации:

1. Обратиться в профильную компанию, где на основе ТЗ заказчика будет составлен проект с его последующей реализацией. Минимальная стоимость такого решения варьируется, как уже было сказано выше, в пределах $2000-$5000, максимальная зависит от функционального набора и используемого оборудования.
2. Самостоятельно разработать и внедрить систему «Умный дом».

В первом случае заказчик получает готовое решение, под ключ. Во втором, стоимость реализации можно существенно сократить, если не на порядок, то в несколько раз, особенно если использовать для этой цели платформу Ардуино (о ней мы расскажем немного ниже). Необходимо предупредить, для реализации проекта потребуются навыки программирования, но разработчики постарались максимально упростить эту задачу.

Кратко о платформе

Основа платформы это плата с микроконтроллером (далее МК) и электронным обвесом к нему. К контролеру выпускается множество различных датчиков и плат расширения с теми или иными функциями.

Обозначение:

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

Особенность платформы заключается в том, что процесс программирования МК максимально упрощен. Прошивка при помощи встроенной программы-загрузчика через имеющийся на плате порт USB. На случай случайного «затирания» этой программы предусмотрена возможность перепрошивки стандартными программаторами.

Для программирования используется бесплатная оболочка (Arduino IDE), совместимая с наиболее распространенными операционными системами (Windows, Linux, Mac OS). В эту оболочку входит текстовый редактор для написания программ, компилятор и библиотеки. В качестве базового языка программирования используется упрощенный вариант С++. Более полную информацию о программировании МК можно получить на сайте разработчика и тематических форумах. В этих же источниках можно узнать все о визуализации управления системой.

Оболочка для программирования Ардуино

Ориентировочная стоимость оригинального базового модуля $30 – $50 (в зависимости от модификации), китайских аналогов – $10-$16.

Примеры плат расширения и датчиков

Приведем краткое описание шилдов, которые могут понадобиться при разработке собственного проекта SH.

Модуль для подключения к локальной сети или интернет по стандартному протоколу TCP/IP. В качестве основного элемента используется контроллер ENC28J60. Данное устройство позволяет организовать визуализированное управление системой с веб-сайта.

Подключение сетевого модуля к Ардуино

Модуль GPRS/GSM SIM900 позволяет осуществлять управление системой при помощи обмена данными через сеть любого мобильного оператора. Для подключения к сети используется стандартная SIM карта. Имеется возможность отправки SMS и ММС сообщений, в библиотеке модуля реализована поддержка других функций.

Реле электромеханического действия на 10 А 250 В, может использоваться для управления освещением или другой соответствующей нагрузкой. При подключении питания включается светодиод красного цвета, если реле срабатывает, то дополнительно загорается зеленый индикатор. Сигнал можно подавать от любого цифрового выхода МК.

К сожалению, при максимальной нагрузке или близкой к ней у электромеханических реле, через несколько недель работы могут начать залипать контакты, поэтому для управления работой электрокотлов системы отопления они не подходят. Но не стоит расстраиваться, для платформы Ардуино можно найти модули на все случаи жизни, в данной ситуации решить проблему можно при помощи твердотельного реле, например SSR-25DA.

Обозначения:

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

Обратим внимание, что данный модуль реализован на симисторе, а для его стабильной работы требуется отвод тепла, поэтому рекомендуем вместе с модулем приобрести и штатный радиатор.

Датчики

Теперь рассмотрим несколько типов датчиков, которые также могут быть полезны для проекта, начнем с ИК устройства HC-SR501, фиксирующего движения.

Обозначения:

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

Не менее полезным будет цифровой температурный датчик DS18B20 (изготавливается в герметичном и обычном исполнении). Их особенность заключается в том, что устройства не требуют калибровки и каждое из них имеет собственный уникальный идентификатор. То есть, датчик передает данные температуры и свой уникальный номер. Благодаря этому на один шлейф можно установить несколько датчиков и программно обрабатывать поступающую информацию. Ограничение длины сигнальных проводов – 50 метров.

Завершая тему датчиков, приведем модуль для измерения влажности, он может быть использован в качестве сигнализатора протечки воды или для организации полива комнатных или тепличных растений.

Обозначения:

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

Мы привели только три типовых датчика совместимых с платформой, на самом деле их значительно больше. Ознакомиться с разнообразием данной продукции можно на сайтах производителей.

Закончив с обзором оборудования, перейдем к проектированию системы управления и автоматизации, начать необходимо с постановки задачи.

Определение начальных условий

В первую очередь необходимо определиться с постановкой задачи, то есть, с функциональностью системы. Допустим, у нас имеется однокомнатная квартира, которую можно условно разделить на следующие зоны:

• Тамбур.
• Прихожая.
• Туалет, совмещенный с ванной комнатой.
• Кухня.
• Жилая комната.

Задача: автоматизировать управление освещением, бойлером и системой вентиляции.

Поставим задачи для каждой из зон.

Тамбур

В данном случае можно автоматически включать свет при приближении к входной двери. То есть, потребуется датчик движения. При этом необходимо учитывать уровень освещенности, соответственно, автоматика должна срабатывать только в темное время суток. Для этого понадобиться датчик GY302 или аналогичный (в обзоре мы не приводили его, но найти описание не составит проблем). Включение и выключение лампочки (через заданное в программе время) можно доверить твердотельному маломощному реле, например G3MB-202P, рассчитанному на ток нагрузки 2 А.

Прихожая

Управление освещением в данной зоне можно организовать по тому же принципу, что и в тамбуре. Можно добавить включение света при открытии входной двери. В качестве датчика подойдет типовой дверной геркон.

Туалет и ванная комната

Включение бойлера можно связать с наличием в квартире хозяев. Если никого нет, автоматика принудительно отключает нагреватель воды при помощи модуля SSR-25DA. Отслеживать температуру нагрева нет смысла, поскольку данные устройства самостоятельно отключаются при достижении заданного порога. Свет и вытяжка должны включаться автоматически при входе человека в эту зону, и отключаться через определенное время, если не обнаруживается движение.

Автоматизация кухни

Управление освещением данной зоны можно оставить ручным, но дублировать его автоматикой, отключающей свет, если движение не обнаруживается длительное время. При работе электро или газовой плиты должна включаться вытяжка и отключаться через некоторое время после приготовления пищи. Управлять работой вытяжки можно при помощи термодатчика, фиксирующего повышение температуры при включении плиты.

Жилая комната

В данном помещении управлять освещением лучше вручную, но можно реализовать возможность автоматического отключения света при достаточном уровне освещенности.

Приведенный пример довольно условный, поскольку алгоритм работы Умного дома каждый разрабатывает в зависимости от личных предпочтений.

Особенности терморегуляции

В заключение дадим несколько рекомендаций по управлению отоплением. Следует учитывать большую инерционность данной системы. Велика вероятность того, что управление посредством простого включения и отключения отопления, в соответствии с заданным температурным диапазоном, могут создать довольно дискомфортные условия. В данном случае следует использовать алгоритм PID-регуляции, в сети доступна библиотека с его реализацией для Ардуино.

Не вдаваясь в подробности можно описать работу данного алгоритма следующим образом:

• Производится анализ между необходимой и текущей температурой в помещении, и по результату устанавливается определенная мощность отопительной системы.
• Производится учет постоянных теплопотерь. Они могут зависеть от уличной температуры или других факторов. Поэтому при достижении заданной температуры, отопление не отключается полностью, а снижается до уровня необходимого для компенсации теплопотери.
• Последний фактор, влияющий на работу алгоритма, учитывает инерционность системы отопления, что не допускает выход температуры за установленный диапазон.

Управление умным домом с компьютера

3.3 (66.67%) 3 votes

Жители квартир и домов тратят много времени на регулирование множества процессов в своем жилье: включение и выключение электроприборов и света, видеонаблюдение. Однако не все знают, что эти и другие процессы можно автоматизировать, управляя соответствующей техникой с обыкновенного настольного компьютера, который есть у каждого.

Управление домом с компьютера - идея логичная. А появилась она даже до начала массовых продаж в магазинах комплексов автоматизации. Таким образом, сконструировать «умный дом» своими руками теперь может каждый владелец жилья – компьютер в этой системе выступает ключевым узлом. Установить его можно непосредственно в комнате или в отдельном шкафу.

Пользовательский компьютер выполнит все «умные» функции, а сигнал с внешних датчиков проходит по стандартным каналам TCP/IP или USB. Удобство создания такого узла объясняется еще и тем, что больше половины производителей выпускают технику на основе проводного подключения, которая снабжена адаптерами (чтобы подключить ее к компьютеру или ноутбуку). Возможный вариант работы с аналоговыми или же цифровыми сигналами - модуль для вывода и ввода, подключающийся посредством USB. Возможности такого устройства недостаточны, а сама автоматика подойдет для сигналов, имеющих уровень 0-5 вольт. Чтобы преобразовать полученный сигнал, в таком комплексе используются формирователи и преобразователи.

Управление домом с компьютера

Преимущества и недостатки

Пользователям компьютеров умный дом на базе ПК кажется перспективной идеей по следующим причинам:

• доступность узла для интеллектуального управления. У владельцев домов дома присутствует хотя бы один компьютер, а при необходимости под эти цели покупается даже бюджетный нетбук;
• доступная стоимость модулей для ввода и вывода (сравнительно с устройствами, которые используются с промышленными контроллерами);
• у него нет ограничений по количеству подключенных приборов (в готовых комплектах обычно присутствует малое количество техники для контроля над светом и безопасностью, а контроллер не рассчитан на множество приборов). Собрав умный дом собственноручно, вы сможете настроить его на выполнение нужных для вас опций, а также удобный способ управления, будь то голосовые команды или смартфон;
• возможность составить сложный комплекс с широким набором функций.

Не стоит забывать о возможных недостатках системы, среди которых выделяют следующие:

• необходимость подбора надежного узла (непосредственно компьютера) с достаточно надежной операционной системой и широким функционалом;
• зависимость составляющих комплекса от ноутбука, который по ходу использования ломается по причине механической поломки, износа или отключения света;
• необходимость собственноручного планирования схем и воплощение их в жизнь.

Технологии управления

Управление домом с компьютера сложно представить без контроля над электропитанием. Для воплощения этой технологии специалисты рекомендуют использовать 1-wire фирмы Maxim/Dallas. Такая технология используется в промышленных и бытовых системах и хорошо там себя зарекомендовала.

Кроме того, с компьютера удобно управлять и контролировать охранный комплекс - в удаленном режиме можно просматривать данные с видеокамер и информацию с датчиков, чтобы узнать, как ведут себя дети или животные, а также увидеть, не было ли несанкционированного проникновения в квартиру. Помимо компьютера, для реализации этой идеи понадобятся видеокамеры с датчиками движения или открытия дверей, которые можно подключить к технике через USB-разъем. Если вас беспокоит стандартное ограничение длины провода в 5 м, купите активный длинный кабель или свяжите провода через специальные хабы, имеющие внешнее питание (возможны другие варианты).

Чтобы научить систему «умного дома» понимать владельца и даже разговаривать с ним, можно воспользоваться самым доступным методом и приспособить под потребности функционал распознавания речи от компании Google. Миллионы людей по всему миру уже оценили его достойный уровень голосового перевода и поиска.

Технологии управления умным домом с компьютера

Для координации и управления системой при помощи компьютера лучше всего написать отдельную программу для всех ее компонентов или воспользоваться готовыми решениями (Ardublock). Эта программная среда для автоматизации техники идет в комплекте с некоторыми наборами электроники. Помимо управления сигнализацией и электричеством, такая программа сможет:

• управлять состоянием электроприборов (подключать и отключать технику через «умную» розетку, программировать время включения и режим работы);
• замерять и контролировать постоянную температуру в доме.

Концепция обустройства «умного дома» давно перешла из разряда фантастических в статус реализуемых. В той или иной мере эта идея воплощается во многих частных коттеджах и квартирах, облегчая эксплуатацию техникой со стороны пользователей. Впрочем, на данном этапе о массовом распространении этой идеологии можно говорить с большими оговорками, поскольку полноценное комплексное устройство многофункциональных систем управления стоит недешево и многими представляется очень сложным. Собственно, сердцем таких систем является контроллер «умный дом», присутствие которого и отличает принципы данной идеи от привычной электронной автоматики.

Что представляет собой управляющий контроллер?

Любой контроллер является средством управления определенными процессами и находится в связке с автоматизированным оборудованием. Обустройство «умного дома» предполагает наличие эксплуатируемых компонентов, которые могут контролироваться интеллектуальной системой. Как раз ее и представляет небольшой прибор, в котором сосредотачиваются средства обработки входящих сигналов от инженерного и бытового оборудования. На основе поступающей информации и будет принимать решения контроллер. «Умный дом» может иметь разное наполнение эксплуатируемыми устройствами. В частности, это могут быть сигнализационные системы безопасности, осветительное оборудование, мультимедиа, инжиниринговая коммунальная инфраструктура и т. д. В зависимости от количества объектов, подчиняющихся интеллектуальному управлению, определяется и программа работы контроллера.

Важно отметить многокомпонентность функционала таких средств контроля. Главная их задача ориентируется на управление вышеназванной пользовательской техникой. Однако, для поддержания функции самого контроллера также отводится часть его ресурсов, не говоря о вспомогательных модулях. Кроме того, отдельное внимание при разработке таких систем уделяется способам коммуникации. Например, GSM-контроллеры для «умного дома» оснащаются специальными модемами, передающими данные о состоянии обслуживаемых компонентов непосредственно пользователю через сотовую связь. Если же речь идет об управлении охранных комплексов или инженерных систем, то в случае тревоги или аварии контроллер может программироваться на информирование специальных служб. Причем система GSM является вовсе не единственной из тех, благодаря которым реализуется удаленная связь с владельцем дома.

Составные части контроллера

Базовый набор функциональных компонентов включает центральный управляющий шкаф, дополнительную панель контроля, серверный компьютер, коммутаторы и модемы. На случай прекращения подачи электроэнергии также предусматривается источник бесперебойного питания, но чаще всего он рассчитывается на кратковременное отключение, поэтому в постоянном режиме эксплуатации полагаться на него не стоит. Центральный шкаф, в свою очередь, содержит счетчик энергии, вводный автоматический выключатель, операторскую панель, силовые контакторы и программируемый блок контроллера. Иногда применяются также выключатели линий питания, модули ввода-вывода, упомянутый GSM-модем и т. д. При этом набор может иметь и урезанное количество компонентов - в зависимости от того, какие задачи выполняет контроллер.

«Умный дом» на базе небольшого коттеджа, к примеру, может не иметь модулей ввода-вывода, если в блок управления изначально заложена оптимальная программа работы. Также сокращение количества функциональных единиц может быть обусловлено стремлением к оптимизации ресурсов, требуемых для поддержания работы комплекса. И это не говоря об упрощении системы с целью обеспечения пользовательской эргономики в процессе эксплуатации.

Теперь стоит рассмотреть состав дополнительного шкафа. Как правило, в него включают или дублирующие резервные системы, которые уже присутствуют в составе основного шкафа, или же вспомогательные средства коммуникации, а также системы безопасности. То есть его интеграция в систему повышает надежность функций, которые реализует основной контроллер «умный дом». Оборудование в этом сегменте, к примеру, может быть представлено средствами сетевой локальной коммуникации, усилителями и тем же блоком бесперебойного энергоснабжения.

Какие задачи выполняет контроллер?

Спектр задач, которые может выполнять контроллер, весьма широк и определяется только желанием пользователя, обустраивающего свой дом. Конечно, это в первую очередь относится к управлению электротехникой и компонентами инжиниринга. Сама идея «умных домов» некогда была популярна в связи со стремлением потребителя с максимальным удобством пользоваться Современные контроллеры позволяют управлять дистанционно и в автоматическом режиме домашним и уличным освещением, а также электропитанием в целом. Уже в базовых комплектациях контроллеры для системы «умный дом» ориентируются и на регуляцию электропитания для газового оборудования, холодильников, бойлеров, вентиляционных систем и т. д.

При этом независимые каналы управления могут программироваться в отдельном порядке. Это касается наиболее ответственных объектов. Например, для контроля «теплого пола» зачастую предусматривают линию сложного четырехзонного управления в нескольких помещениях. Это же можно сказать об охранной инфраструктуре, которую обычно обслуживают GSM-контроллеры для «умного дома» с возможностью отправки SMS-сообщений пользователю и на пульты служб безопасности. Причем оповещение может параллельно производиться и по каналам беспроводных модулей коммуникации на базе интернет-соединения.

Принцип работы устройства

Общая концепция систем интеллектуального управления базируется на создании автоматизированного контроля. То есть комплекс изначально настраивается на самостоятельное управление целевыми компонентами «умного дома». Здесь важно отметить, что именно подразумевается под таким управлением. Это может быть настройка температуры котла, «теплого пола», включение или выключение светильников, регулировка параметров работы аудио- и видеотехники и т. д. При этом контроллеры управления «умным домом» могут работать, то есть принимать решения и на основе заранее заложенной программы, и на базе обратной связи от того же оборудования. В первом случае пользователь вводит определенные параметры функционирования с указанием логических цепочек. Классический пример - установка уличного освещения на работу в определенные часы ночью и полное отключение днем.

В случае обработки сигналов обратной связи контроллер действует тоже по изначально заложенной программе, но решения принимаются на основе данных, которые могут меняться в зависимости от текущего состояния обслуживаемой техники. Например, бойлер должен накапливать воду при определенном давлении в системе водоснабжения. От манометра, установленного на линии подачи воды, поступает сигнал с тем или иными показаниями и на их основе система дает уже обратную команду электронике бойлера. Другой вопрос, насколько полезна для пользователя будет команда, которую отдал контроллер. «Умный дом» является интеллектуальной системой, но и она может не оправдать ожиданий, если владелец неверно просчитал режим функционирования в тех или иных ситуациях.

Контроллер «Овен»

В качестве базового решения компания предлагает контроллер модификации ПЛК100, к особенностям которого можно отнести применение для организации каналов обмена информацией. Система рассчитана на обслуживание частных жилых домов с двумя этажами, уличным освещением, напольным обогревом, сигнализацией и т. д. Основным элементом комплекса выступает логический контроллер, связанный с операторской панелью и устройствами ввода-вывода по интерфейсу RS-485. То есть «умный дом» на контроллере «Овен» этой версии может программироваться самим владельцем при его желании. Системы ввода-вывода представлены аналоговым модулем МВА8 и коммутирующими устройствами от производителя INSYTE.

Главное меню оператора имеет 6 блоков управления, каждый из которых берет на себя один из подчиненных сегментов. В частности, это энергоснабжение, система напольного обогрева, осветительное оборудование, средства контроля температуры в разных частях дома, диспетчеризация и событийный журнал. Важно отметить, что это тот же GSM-контроллер для управления «умным домом», посредством которого может производиться отправка SMS. Оповещение в данном случае будет выполняться при аварии в линии энергоснабжения уличного освещения, при неполадках в питающем контуре и т. д.

Контроллер Vera

Сегодня на рынке доступно огромное количество различных контроллеров, но специалисты рекомендуют обращаться к продукции производителей, имеющих большой опыт работы в данном сегменте. И в этом отношении модели семейства Vera имеют огромный запас доверия, поскольку компания существует на рынке много лет. Одним из новейших решений является комплекс VeraEdge. К отличительным чертам этой системы относится компактность, высокая производительность и эргономика. Причем разработка выделяется даже на фоне остальных представителей линейки Vera. Контроллер «умного дома» в этом исполнении привлекателен и технологичной начинкой. Создатели применили высокопроизводительную платформу SoC, частота которой составляет 600 МГц. При этом объем операционной памяти был повышен до 128 Мб.

Главное же нововведение, реализованное в VeraEdge, представляет чип системы Z-Wave Plus. Это уже пятое поколение микросхемы, в то время как большинство конкурентных аналогов все еще работает на платформах третьей генерации. Что это означает на практике эксплуатации? Пользователь может с максимальной нагрузкой использовать протоколы коммуникации, одновременно обслуживая более 200 устройств. Помимо этого, блок снабжен модулем Wi-Fi, что избавляет от сложностей с организацией проводных линий локальной связи. Это тоже новое решение, которым пока не могут похвастаться контроллеры управления «умным домом» от других производителей. Правда, не обошлось и без недостатков системы. К сожалению, она лишена интегрированного источника бесперебойного энергоснабжения.

Контроллер Arduino

Система Arduino предлагает довольно необычное, но вполне логичное решение для управления «умным домом». Ее справедливо называют комплексом, который реализуется своими руками, поскольку участие пользователя в организации контролирующей инфраструктуры в данном случае является основополагающим. Итак, что же предлагается в комплекте Arduino? Основу набора составляет непосредственно логический контроллер небольшого размера, а остальные компоненты представлены датчиками, сенсорами и всевозможными индикаторами. Когда говорилось, что количество компонентов может быть ограничено, то речь шла немного о других принципах сокращения элементов, но контроллер «умного дома» Arduino довел концепцию оптимизации практически до совершенства. Во-первых, все его датчики функционируют по беспроводному принципу, что избавляет от прокладки многочисленных сетей. Во-вторых, для непосредственного управления контроллером используются не традиционные блоки с операторскими панелями, а удобная и современная веб-страница, которая доступна и в качестве мобильного приложения. Что касается самих датчиков, то они представлены устройствами, фиксирующими данные потребления энергии, параметры влажности и температуры, открытие дверей и т. д.

Контроллеры Siemens

Немецкие управляющие контроллеры в основном ассоциируются с автоматизацией процессов в промышленности. Однако, недавно появилась весьма интересная линейка LOGO, в которой представлены системы для «умного дома». Компания при разработке данных комплексов придерживалась традиционного направления, предложив на выходе двухкомпонентную модель. Первичный модуль формирует инфраструктуру ввода-вывода информации, имеет в составе клавиатуру и дисплей. Второй модуль позволяет работать с контроллером через проводной интерфейс, то есть загружать программы с помощью компьютера. Для самостоятельной разработки рабочих режимов производитель предлагает и специальную программу - Soft Comfort. Если система используется как центральный контроллер «умного дома», то для нее вполне можно самостоятельно создавать алгоритмы управления и рабочие схемы. В плане производительности и функциональных возможностей модели этого семейства отличаются гибкостью. Дело в том, что каждую версию контроллера LOGO можно модифицировать посредством введения новых подсистем и модулей, которые и повысят эксплуатационные качества аппаратуры.

Плюсы и минусы контроллеров для «умного дома»

К бесспорным достоинствам контроллеров этого типа можно отметить эффективное решение задач по управлению инжинирингом, мультимедиа и другой бытовой техникой. Действительно, интеллектуальные способности даже простых комплектов дают массу преимуществ рядовым домовладельцам, избавляя их от рутинных действий. В качестве примера достаточно привести типовой Ethernet-контроллер. «Умный дом» под его управлением с помощью сетевых интерфейсов сводится в единую информационную панель, через которую хозяин может отслеживать все необходимые рабочие показатели и данные об эксплуатируемых компонентах. Конечно, есть и недостатки у такого рода контроллеров. К ним относится сложность технической реализации с подключением и введением в пользование, зачастую непростое обслуживание и, конечно, существенная стоимость.

Заключение

Хотя многих потенциальных пользователей управляющих систем «умного дома» настораживает их многокомпонентность и громоздкость, с отдельными их элементами они давно знакомы. Например, электроника в современных котлах, холодильниках, акустических наборах и осветительных приборах нередко действует на тех же принципах. Более того, многие неосознанно делают тот же контроллер для «умного дома» своими руками, когда устанавливают систему безопасности на датчиках и модуле GSM. Только если в случае с охранными комплексами центром выступает панель, связывающая, например, сенсоры движения и детекторы дыма, то рассматриваемые контроллеры обслуживают весь спектр бытовых устройств, которые в принципе поддаются автоматическому управлению. Другое дело, что второй вариант оказывается более требовательным в части энергоснабжения, сложнее в реализации и эксплуатации.

Под термином «умный дом» на сегодняшний день подразумевается комплексное внедрение в быт высокотехнологичных устройств, позволяющих обеспечить высокий уровень комфорта жильцов. Отличительной чертой систем данного типа является максимальная автоматизация ряда процессов при минимальном участии человека. Кроме этого, одним из критериев «умного дома» является централизованное управление всеми задействованными в комплексе устройствами. Система «умный дом» имеет модульную конструкцию и состоит из функционально разграниченных блоков с полной или частичной их интеграцией в единую систему. Каждый модуль задействован в выполнении строго обозначенных задач, между тем, блоки могут взаимодействовать между собой.

Возможное модульное наполнение современной системы «умный дом»:

• Центральный управляющий контроллер , объединяющий другие компоненты, и обеспечивающий их взаимодействие. Таким контроллером может выступать как промышленное решение в виде законченного устройства, так и обычный компьютер с соответствующим программным обеспечением.
  
• Климатическая система . Состоит из блоков управления отоплением и вентиляцией, обеспечивает поддержание заданного микроклимата в помещении.
  
• Управление освещением и коммутацией энергопотребителей.
  
• КТСО (комплекс технических средств охраны). Включает в себя охранно-пожарную сигнализацию, систему видеонаблюдения и модули дистанционного уведомления владельца о тревожных ситуациях.
  
• Система учета, сбора и хранения данных . В задачи модуля входит сбор информации с приборов учета, фиксация различных событий и предоставление данных для анализа с целью оценки эффективности всего комплекса.
• Каналы связи . В качестве каналов передачи данных используются сети, работающие с протоколом TCP/IP в проводном или беспроводном исполнении. Для интеграции в сеть приборов, имеющих специализированные интерфейсы, используются соответствующие конвертеры.

Каждый из вышеописанных модулей может быть реализован при помощи различных технических средств и программного обеспечения. Наиболее распространенные и часто применяемые решения выглядят следующим образом:

Управление

В качестве управляющего контроллера системы «умный дом» наиболее оправдано применение одноплатного компьютера промышленного исполнения. Подобные компьютеры отличаются небольшим размером, малой потребляемой мощностью, отсутствием механических частей (вентиляторы, жесткие диски) и работают на программном обеспечении с открытым исходным кодом. Количество и тип имеющихся интерфейсов в большинстве случаев можно изменять и дополнять.

Логично, что самостоятельное программирование подобных устройств требует определенных навыков и знаний. Доступ к контроллеру осуществляется по сети, с использованием WEB интерфейса или клиентских приложений. Существуют и готовые решения, предназначенные для управления всем комплексом, и предоставляющие пользователю для настройки простой дружественный интерфейс.

Для управления «умным домом» удобно использовать универсальные пульты, поддерживающие выполнение макросов - упорядоченных наборов действий. Радиопульты в данном случае эффективнее ИК-пультов, так как позволяют осуществлять управление вне прямой видимости ИК-приемника. Более современным пультом управления может выступать смартфон с установленным на нем специализированным программным обеспечением.

Климат

Управление климатом реализуется при помощи оценки показаний датчиков температуры и влажности. На основании анализа этих данных производится автоматическая регулировка отопления, включение или выключение систем кондиционирования, вентиляции и увлажнения.

Освещение

Реализуется посредством установки датчиков освещенности, присутствия или же совмещенных. При необходимости управляющий контроллер позволяет управлять освещенностью по расписанию. При использовании диммерных устройств возможна не только дискретная, но и плавная регулировка яркости источников света.

Охрана и безопасность

Комплекс охранных средств может состоять из нескольких подсистем:

1. Охранно-пожарная сигнализация (ОПС). В качестве детектирующих устройств используются датчики присутствия, реагирующие на появление в контролируемой зоне ИК-излучения, присущего телу человека. Для обнаружения открытия двери устанавливаются магнитоконтактные датчики. Пожарная безопасность контролируется датчиками дыма, температуры и утечки газа. Многие современные системы охранно-пожарной сигнализации имеют модуль радиосвязи, позволяющий уведомлять владельца при помощи сетей GSM или 3G. Часто ОПС допускает подключение любых электроприборов через сухое реле, что позволяет по сигналу тревоги блокировать замок, включать освещение, сирену и т.д. Иногда в состав ОПС входит датчик влажности, позволяющий своевременно выявить факт протечки воды.

2. Система контроля доступа. Состоит из устройства идентификации, непосредственно идентификаторов (электронные ключи, радиометки, отпечаток пальца), устройства блокировки (замок, шлагбаум, автоматические ворота) и предназначена для разграничения доступа в помещение или на территорию.

3. Система видеонаблюдения. Представляет собой комплекс, состоящий из видеокамер и устройства обработки и хранения видеосигнала.

Учет и обработка данных

В большинстве случаев данный функционал реализуется при помощи управляющего контроллера с использованием соответствующего программного обеспечения.

Связь

Транспортным каналом, как правило, является локальная сеть, выполненная по проводной или беспроводной технологии. Для управление сетью используется маршрутизатор, позволяющий контролировать все сетевые устройства и обеспечивать защиту от несанкционированного доступа к каждому из них. Современные технологии высокоскоростной передачи данных позволяют одновременное использование сети для обмена информацией между компьютерами, передачи сигналов IP-телевидения, телефонии, работы компонентов «умного дома».

Помимо вышеописанного, в системах «умный дом» нередко используются устройства, не взаимодействующие со всем комплексом. Это могут быть приборы для автоматической уборки (роботы-пылесосы), системы автоматического полива растений, кормления домашних животных и многое другое. Несмотря на то, что подобные приборы автономны, их интеграция с системой вполне возможна при помощи простого включения или выключения электропитания управляющим контроллером.

Видео по теме