Автоматизация умного дома – умный дом и системы управления

умный дом и системы управления

Чем отличается автоматизация дома от умного дома

Очень многие владельцы недвижимости любое автоматическое или полуавтоматическое устройство, которое выполняет функции по включению/выключению какого-либо прибора или считают элементом «умного дома». Это далеко не так. И даже возможность дистанционного управления отдельными функциями с помощью интернета не делает дом «умным».

Истинно «умный» дом – это комплексная умная автоматизация управления всем комплексом систем жизнеобеспечения основанная на искусственном интеллекте компьютеризированной системы управления и работающая в полностью автономном режиме. Вмешательство человека в работу требуется только в аварийных ситуациях или в процесс программирования.

Поэтому многочисленные фирмы-инсталляторы элементов автоматизации дома не всегда объективно и достоверно доносят до потенциального пользователя-заказчика смысл новшеств.

Не всегда разъясняется, что подавляющее большинство электробытовых приборов, включаемых в «умный дом», в автоматизации не нуждаются, поскольку уже имеют встроенные функции:

  • Холодильники – полностью автоматические приборы, которые работают по жесткой программе;
  • Кондиционеры не требуют вмешательства извне, чтобы поддерживать заданную температуру;
  • Стиральные машины имеют таймер отсроченного включения;
  • Системы включения/отключения освещения легко управляются реле с фотодиодами, реагирующими на уровень освещенности и так жале.

Создание специализированных каналов управления системами жизнеобеспечения – собственно «умный дом» необходим только в тех случаях, когда жилое помещение функционирует в полностью автономном режиме. К таким относятся загородные дома (коттеджи), где единственным благом цивилизации является подъездная дорога.

Именно в них можно полностью реализовать все преимущества дистанционно управления и контроля.

Автоматизация квартиры

Квартира в МКД всего лишь ячейка, включенная в отлаженную систему коммунального хозяйства здания. Она редко нуждается в полноценной работе оборудования автоматизации умного дома. Владельцу не надо заботиться об отоплении, освещении, вентиляции. Система подачи воды, вообще, лежит вне пределов возможности как-либо влиять на её наличие. В случае отключения горячего водоснабжения на период профилактических ремонтов те, кто имеет финансовые возможности устанавливают накопительные или проточные бойлеры, которые работают в автоматическом режиме и в постороннем управлении не нуждаются.

Любое произвольное вмешательство своими руками в работу общедомовых сетей жизнеобеспечения совершенно не приветствуется со стороны управляющих компаний. Поэтому реализовать концепцию «умного дома» в многоквартирном доме можно в очень ограниченных масштабах:

  • Установить несколько управляемых дистанционно розеток, к которым подключить устройства, таймером включать/выключать освещение или допотопный утюг, не имеющий реле отключения при перегреве или по времени или другой неавтоматический электроприбор.
  • Принудительно вмешаться в работу автоматики кондиционера или электрического теплого пола полностью отключив их, или, напротив – включив.
  • Автоматизировать закрывание/открывание штор или жалюзи на окнах.
  • Включение/выключение системы аудиовизуального контроля.
Внимание! С установкой скрытых видеокамер или микрофонов, даже в собственном доме нужно быть крайне осторожным. Все без исключения, приборы, не имеющие датчика-сигнализатора о работе, или замаскированные под другие предметы в РФ запрещены к использованию. Их приобретение – уже состав преступления, которое в самом неблагоприятном случае может обернуться реальным сроком лишения свободы.

Поэтому, подбирая компоненты для оборудования дома (квартиры), помните, что подавляющее большинство гаджетов китайского производства запрещены к реализации на территории РФ, а владение ими – уголовное преступление.

Система охранной и пожарной сигнализации обычно не включаются в перечень элементов «умного дома», поскольку работают независимо от желания владельца, находясь во включенном состоянии. А при их отключении утрачивают какой-либо смысл.

Автоматизация частного дома

Большинство загородных домов строятся в пределах выделенных участков для ИЖС и по требованиям благоустройства имеют подвод электрических и газовых сетей. Некоторые поселки более благоустроены и имеют комплексы центрального водоснабжения и канализации.

Все это облегчает содержание загородной недвижимости, не освобождая полностью о заботе поддержания комфортных условий внутри и снаружи помещения.

Частный дом может быть в полной мере оснащен системой интеллектуального управления по концепции «умного дома».

Еще на стадии проектирования могут быть заложены элементы автоматизации, связанные:

  1. С электроснабжением (от автономного электрогенератора).
  2. Регулировкой температуры за счет управления газовым/жидкотопливным водонагревательным котлом.
  3. Управлением системой подачи воды (при скважинном/колодезном водоснабжении).
  4. Системой регулирования температуры воздуха в различных помещениях (жилых, подсобных, хозяйственных).
  5. Системой регулирования внутридомового и наружного освещения приусадебного участка.
  6. Управлением системой полива и кормления сельскохозяйственных животных.
  7. Системой визуального контроля внутри и снаружи помещения и обзора придомовой территории.
  8. Возможна реализация аварийного отключения систем газоснабжения и электроснабжения при возникновении аварийных ситуаций.

Для некоторых владельцев, большую часть времени находящихся вне дома, «умный дом» это система автоматизации жилых домов, являющаяся насущной необходимостью.

Выбор системы управления умным домом

Современные системы позволяют управлять подключенными к модулю управления электроприборами: датчиками, терморегуляторами, электроклапанами по беспроводным технологиям. Не требуется закладывать провода и кабели внутри стен или плинтусов помещения, штробить стены и нарушать существующие коммуникации или отделку.

Наиболее распространенными является путь управления по Wi-Fi каналу. Неудобство заключается в том, что эта функция предназначена для передачи значительных объемов информации и не адаптирована для большинства приборов «умного дома», которые работают с короткими командами: «включить/выключить», «прибавить/убавить», «вверх/вниз» и т. п.

  • Z-Wave – специализированный протоколом управления «умным домом» работающий на частоте 869 МГц и имеющий высокую защищенность от постороннего воздействия и помех.
  • ZigBee – похожий специализированный протокол, специально разработанный для работы устройств в комплекте «умного дома», но использующий другую частоту 2400–2485 МГц.

До сих пор широкая автоматизация жилых домов в РФ буксует из-за высоких цен на оборудование и инсталляцию, наладку и обслуживание оборудования. Ведь оно должно работать круглосуточно 24 часа в неделю без каких-либо сбоев. В противном случае неисправное оборудование умного дома может само стать источником ЧП – пожара, затопления помещения, разморозки систем отопления.

В первую очередь рассчитывается экономический эффект от внедрения систем автоматизации. Чтобы примерно оценить эффективность и срок окупаемости вложений, нелишним будет перечитать инструкции к имеющимся в доме электроприборам. Большинство владельцев пользуются только основными, самыми распространенными функциями, не утруждая себя программированием полного функционала телевизора, кондиционера или водонагревательного бойлера.

Вполне возможно, что кажущиеся вам «новые» возможности, которые откроются после установки системы «умный дом» уже заложены и реализованы в имеющейся у вас технике, причем на более высоком уровне, чем «включить/выключить» или «прибавить/убавить».

Просчитайте, настолько ли критична возможность дистанционной регулировки температуры воздуха в различных помещениях? Эта функция окупается только для владельцев загородных домов, когда на время отсутствия хозяев температура снижается до приемлемого минимума, а ко времени приезда хозяев повышается до комфортной жилой.

Большинство функций, реализуемых в «умном доме», интересны только в первое время после их установки. Возможность дистанционного визуального контроля удовлетворяет только любопытство владельца помещения, ни сколько не препятствуя действиям злоумышленников, проникших в дом. Гораздо эффективнее система централизованной охраны. Использование функции автоматического открытия/закрытия штор в спальне или возможность регулировать громкость музыки в соседней комнате – настолько сомнительны, что могут заинтересовать только истинных фанатов непрерывного общения с мобильным устройством, вместо физического движения рукой.

Вероятно, потому, что функционал, предлагаемых в рамках умного дома – мал и неактуален для большинства, домашняя автоматизация не пользуется особой популярностью.

arprime.ru

Автоматика для дома своими руками / Habr

Моя статья будет полезна тем, кто только задумывается над подобного рода системой, поможет определиться делать ли самому и ориентирована в основном на энтузиастов-колхозников. Изначально пишу “автоматика” а не умный дом, потому что на данном этапе умных функций в моей системе управления нет, сейчас стояла задача в сборе данных и управлении устройствами. Всё должно измениться в будущем, когда появятся алгоритмы, которые и сделают дом умным. С моей точки зрения, если вы можете включать свет со смартфона, то это не делает ваш дом умным. Умным он становится когда у вас написаны сценарии, которые помогают вам, облегчают контроль за домом и делают рутинные вещи незаметными для вас. Например, включить свет на крыльце, когда уровень освещённости ниже какого-либо порога, и выключить в два ночи, не включать полив если сегодня обещают осадки с вероятностью больше 60 процентов, если появилось движение в комнате то включить подсветку лестницы и т.д. И только в этом случае он становится “умным”.

Немного лирики. Всегда хотелось иметь дом за городом, долго на это решался, потому что стройка это не только большие финансовые затраты, но и большие затраты вашего личного времени, которое можно посвятить любимым хобби, семье. Благо что одно из них у меня, это как раз разработка всяких ненужных устройств. Где-то еще на начальном этапе я для себя решил, что это может быть интересно и, выбрав участок, я начал строить планы. Сначала пришлось конечно много времени уделить вопросам связанным с самой стройкой, таким как проект, поиск строителей и всяким другим хлопотам. Но потом, когда коробка была готова, подошло время задуматься и о системе автоматизации дома, это то, что мне нравится и что хотелось сделать, ну просто странно программисту вставать с дивана что бы выключить свет в ванной.

Начались изучения того, что есть на рынке и что можно купить и доколхозить самому. Как оказалось рынок, вполне насыщен множеством решений, но в них то того не хватало, то другого, и нигде не было целостного решения, которое меня бы удовлетворило (нет, конечно, решения были, но стоимость в 20т. уе. меня не удовлетворяла). Например у Шнайдера есть неплохое решение базирующееся на KNX, на котором можно построить управление освещением, ролетами и вентиляцией, но интегрировать в систему что-нибудь кроме стандартных элементов практически невозможно, плюс о вэбинтерфейсе и управлении через гугл хоум можно забыть, а об автоматизации сценариев вообще говорить не приходится. С другой стороны, на рынке хватает решений, которые и беспроводные, и дружат с гуглом и апликейшины для них уже готовы, но у них есть масса нюансов, которые отодвигают такие решения на задний план. Например, сложность одновременного управления освещением с обычных выключателей и с апликейшена, часто это вообще невозможно или если и возможно то проблемно реализовать проходные выключатели, а хотелось бы иметь дом в котором всё работает и без умного дома на случай его крэша. Плюс мне не очень хотелось обвешивать дом массой отдельных коробочек, до сих пор не понимаю почему бы датчик движения, угарного газа и температуры не поместить в один корпус, пусть он даже и будет стоить дороже, зато мне не придется весь потолок увешивать какими-то девайсами, да еще и менять в них батарейки каждые два года.

В общем, со словами, ну “тыж программист”, я начал думать как бы я это заколхозил сам и что для этого нужно. Продумывая разные варианты применения системы стало понятно что перед тем как что-то делать надо крепко всё продумать (это кажется очевидным, но нет, иногда хочется что-то сделать прям сейчас) потому что положив проводку в штробы и заштукатурив её, обратного пути уже нет.

Сформировав список желаний у меня получилась вот такие подсистемы:

  • освещение в доме
  • ролеты
  • управление заслонками вентиляции
  • датчики движения, датчики освещенности, СО и температуры в комнатах
  • автоматический полив
  • датчики движения по территории участка
  • резервное питание

Изначально хотелось всё собрать на покупных устройствах и как-то свести их в единую систему, это казалось самым оптимальным вариантом по затратам времени/финансов и надежности системы. Мысли перескакивали с одной подсистемы на другую, но никакого стройного решения не было сформулировано ни для одной из подсистем, проходили месяцы, но решение не сформировывалось плюс еще и сама стройка отвлекала, да ещё и зима началась (а это время гор и сноуборда и это без всяких компромиссов, тогда это еще так было). Пришлось ограничить полет мысли и заставлять себя прорабатывать одну подсистему за другой, началось всё с освещения.

Давайте вкратце рассмотрим каждую.

Освещение. Из вводных было то что свет должен работать одновременно и от выключателей и от системы управления (далее САУ), плюс должна быть возможность сделать проходные выключатели. Для этого САУ как минимум должна знать включен он сейчас или нет. Было несколько идей как это реализовать, но остановился я на этой схеме — кнопочный выключатель — импульсное реле(Elko MR-41) — дискретный выход — дискретный вход. Дискретный выход параллелим с кнопочным выключателем, НР контакт реле на лампочку, НЗ — на дискретный вход для получения статуса.

Из этого всего следовало что к каждой точке освещения, которая должна управляться и с выключателя и с САУ, должен идти свой провод от щитка, аналогично с и выключателями. Схема проводки в скечапе очень помогла осознать масштабы бедствия, проводов получалось много, но это не должно испугать человека решившегося на умный дом. Рекомендую не ленится и таки делать эту схему, не обязательно в скечапе, в будущем эта работа сэкономит вам кучу времени и поможет даже через годы, когда нужно будет повесить картину и вы будете гадать есть там провод или нет.

Ролеты. Отличие от света в том что нагрузка в этом случае это не лампочка а электродвигатель, со всеми отсюда вытекающими. Так же как с освещением хотелось иметь управление и с механического выключателя так и с системы управления. Поэтому схема получилась такая: дискретный выход — контактор и в параллель кнопочный выключатель для каждого направления вращения.

Вентиляция. Тут все просто, её я отдал на откуп САУ, и не предусмотрел никакого другого управления, навряд ли я когда-нибудь захочу открыть/закрыть вентканалы не с апликейшена. Так что схема — два дискретных выхода — простенький привод Belimo LM24-T с ebay за 25$ без обратной связи.

Вот так выглядит привод смонтированный на вентиляционной заслонке:

Датчики движения, датчики освещенности, СО и температуры в комнатах. На рынке сейчас валом таких девайсов, но все с проприетарным интерфейсом и подключить их в свою доморощенную систему достаточно сложно, да и плюс упомянутая уже проблема с тем что каждый датчик пытаются продать как отдельное устройство в своём корпусе. Вот меньше всего хотелось бы на потолке видеть россыпь разных устройств, а как задумаешься что в них всех надо поменять батарейки так и страшно становиться. Также всегда остаётся вероятность того что производитель закроет открытое api своих устройств, и заставит вас пользоваться только своим приложением как недавно гугл поступил с nest и вся ваша целостная система развалится на куски. Поэтому я сделал свой девайс на AVR, назвав его “сенсортэг” и напаковал его всем что мне было нужно: датчик движения с цифровой подстройкой чувствительности, датчики освещенности, температуры, угарного газа, управляемую подсветку, ESP8266, RS485 c гальванической развязкой, 24В блоком питания. Получилось вот такое устройство, но в реалии ему нужно посвятить отдельную статью и не особо зацикливаться на нём в этой.

Автоматический полив. Казалось бы что тут сложного, должно быть самое простое устройство типа дискретный выход — соленоид на 24В. Но как оказалось что все клапаны полива на 24В но AC. Так что пришлось делать отдельный блок с трансформатором на 24В и блоком реле, который по 24В DC коммутирует 24В АС.

Датчики движения по территории участка. У охранных датчиков выходы это НР и НЗ контакт так что тут как раз всё просто, дискретные входы и всё, только вот не стоит забывать про разрядники(неплохо подходит вариант разрядников для патч панелей).

Резервное питание. Изначально это не планировалось, но со временем выяснилось что за пределами города пропадание электроэнергии это никакое не ЧП а вполне обыденное явление. И хотя, я считаю что система умного дома должна быть спроектирована так, что бы её можно было включить/выключить в любой момент без печальных для неё и дома последствий, но от резервного питания я не отказался. Решив что коль у меня уже есть мои сенсортэги на 24В, приводы на 24В, то всё питание САУ я сделаю 24В. Получилась неплохая связка mean well блока питания, mean well упса и аккумуляторов, работает, проверял.

После того как хардверное решение сформировалось вроде как в законченную систему можно было переходить к монтажным работам силовой части: прокладке силовых проводов, разводки силового щитка и разводке слаботочки. Проводов получилось пугающе много, но от выходных к выходным становилось все красивее и красивее, в итоге через месяц всё наладилось и заработало. Бонусом получилась возможность сделать временную панель управления светом и ролетами для строителей.

Следующим этапом было планирование щитка с модулями управления.

Топология системы:

Модули DI/DO. Нужно было прикинуть топологию системы, какие модули в неё входят, на каких контроллерах что работает. Тут существует масса вариантов реализации, и все они будут правильными если будут работать. Забегая вперед скажу что я остановился на системе из покупных модулей DI/DO, управляющем контроллере на Beaglebone black и вэбсервере на Raspberry Pi. Далее необходимо подсчитать все дискретные входы/выходы и их типы. Т.к. разрабатывать модули DI/DO не было никакого желания то я просто поискал на рынке уже готовые за вменяемую цену. Остановился на модулях Овен, в принципе они покрыли все мои нужды по управлению:

  1. МВ110-8ДФ, как модуль дискретного ввода для сигналов 220В.
  2. МУ110-16Р, для управления освещение, ролетами, вентиляцией и клапанами полива.
  3. МВ110-16ДН, как модуль дискретного ввода для сигналов с уличных датчиков движения.

Подключаются данные модули в систему по интерфейсу RS485 ModBus, в принципе промышленный стандарт, так что с его имплементацией не должно возникнуть ни каких трудностей(можно написать самому поддержку основных команд или взять уже готовую библиотеку).

Контроллер. Для связи с моими модулями «сенсортэг», расположенными в каждой комнате и модулями Овен в щитке мне нужен был контроллер который мог бы их опрашивать по RS485 интерфейсу и имел Ethernet для общения с сервером. Рассматривал вариант использовать Wiren Board, но у них мало RS485 портов да и вот контроллер хотелось самому сделать. Контроллеру хочется посвятить отдельную статью, так что тут можно упомянуть что он сделан на Beaglebone black и имеет 3 гальванически изолированных порта RS-485 и питание 24В.

Система для контроллера Beaglebone black собрана на базе Buildroot и доведена до состояния запускаем билд — получаем готовый образ для SDшки. ПО Beaglebone black состоит из: коммуникационного ядра, MQTT gateway и Mosquitto server. Коммуникационное ядро, опрашивает RS-485 порты, формируя внутреннюю таблицу дискретных и аналоговых точек. MQTT gateway преобразует точки контроллера в значения MQTT топиков и передает их в Mosquitto server. Все доступно по этой линке.

Щиток управления и имитатор сигналов(освещение, ролеты и вентиляция):

ПО Raspberry Pi это Home Assistant. Меня порадовала эта система, она очень проста, поддерживает массу уже готовых устройств и позволяет очень гибко писать свои плагины на python. Я например, за пару недель написал себе собственные MQTT плагины для освещения, ролет, сигнализации и разных типов датчиков(освещение, СО, движения, температуры) и несколько видов автоматизаций, всё очень гибко и главное с низким порогом вхождения в систему. Ещё Home Assistant поддерживает интеграцию с Google Home и Alexa. Можно немного помучаться и сконфигурировать это самому, или сделать платную подписку на их сервис(5$ в месяц) и тогда процесс синхронизации Home Assistant и Google Home проходит за два клика. Как бонус мы получаем управление голосом, пока на английском, но обещают поддержку русского вот-вот. Выглядит это примерно так:

В этой статье я хотел дать овервью системы и пример конкретной реализации и не претендую на правильность выбранных мною решений. Кто-то может сказать что это туумач для дома, а кому-то может пойдет в пользу. В общем, не бойтесь это увлекательно, просто хорошо всё структурируйте и начинайте. Все идеи не приходят сразу, они появляются в процессе реализации, так что менять прийдется, и не раз. Далее планирую написать про разработку своего контроллера и сенсортега, что как программисту более интересно чем всё описанное тут.

habr.com

От домашней автоматизации и умных домов в общем к конкретному примеру / Habr


В последнее время здесь много пишут о домашней автоматизации и умных домах. Хотел бы поделиться своим опытом, общими соображениями и конкретным проектом. Эта статься будет полезна тем кто просто хотел бы знать чем может быть в принцыпе полезен/удобен умный дом а также тем, кто хотел бы управлять(или просто наблюдать) с любого устройства с браузером(телефон, планшет, читалка, HTPC, ноутбук, настольный компьютер и тд) системой домашней автоматизации. Причём это можно делать из любой точки мира. Мой опыт и пример описанный во второй части этой статьи (Arduino, JQuery Mobile Web интерфейс и прочее) могут пригодиться тем у кто уже есть какая-то система домашней автоматизации (например X10) или тем кто начинает этот тернистый путь.

Основная причина того что системы домашней автоматизации всё ещё не стали так популярны это акцент на освещении, который обычно делают при их продвижении. Ведь мигать светом (как светодиодами на Ардуине) не вставая с дивана это баловство, которое не имеет никакого практического значения и отталкивает людей от серьёзных мыслях о внедрении и использовании систем домашней автоматизации у себя в домах и квартирах. Мигать светом (на что обычно заточено 90% функционала) никому не нужно а вот например управлять отоплением индивидуально в каждой комнате это удобно и экономит энергию=деньги. Заоблачные цены на сами (копеечные по себестоимости) компоненты готовых продающихся систем домашней автоматизации вместе с ценами на интеграцию их только подливают масла в огонь. Спешу заверить что самым дорогим компонентом у нас будет 20 долларовая Arduino Megа. Если рассматривать вопрос в целом то мне видится только следующий список задач которые имеет практический смысл централизованно автоматизировать:
> управление климатом температурой (отопление/кондиционирование) и влажностью (увлажнитель/осушитель),
> управление естественным освещением (жалюзи, ставни, навесы)
> и управление поливом газонов, цветников и лужаек вокруг дома (если таковые имеются и их таки надо поливать).
Из децентрализованных систем удобно иметь локальную (без центрального управления 1-2 датчика управляющие напрямую включением подсветки) срабатывающую от датчиков движения(присутствия) маломощную светодиодную подсветку лестниц (иногда пола) и частей столов на кухне которые затенены от обычного потолочного освещения навесными шкафами и полками. Эта же подсветка в комбинации с перечисленными выше незаменима ночью когда надо, не разбудив никого и в первую очередь себя, пробраться на кухню (и отрезать там что-то от чего-то и съесть ни с кем не делясь) или в другое заведение не спотыкнувшись об предусмотрительно разбросанные детские игрушки. Также имеет смысл включать датчиками движения основное освещение ТОЛЬКО в технических помещениях: шкафы, кладовки, гараж, прачечные и тп. Датчики движения и централизованные системы не практично использовать для основного освещения в жилых помещениях. Внешняя и декоративное праздничная подсветка дома удобнее всего включается от копеечных готовых блоков с датчиками освещения и/или таймерами. Настоящие охранные системы подключённые к службам реагирования (не просто разбросанные по дому датчики и веб камеры) обычно не имеет смысла смешивать с системами умного дома из многих соображений.

Таким образом начнём с самого актуального. Идеальным объектом является отопление которым можно управлять например: электрическое(батареи на колёсиках в розетку и настенные батареи) и централизованное или не очень отоплением частного дома. В моём примере мы рассмотрим работу с системой Термо Помпы (Heat Pump в северной Америке) с мазутным отоплением по средствам прямого подключения к имеющемуся Блоку Управления (термостату) и дополнительно устройствами. В первой версии системы я использовал устройтва и разетки протокола Х10. Но к сожалению они плохо зарекомендовали себя, изза медленного интерфейса и очень громких счелков при переключении, котрые будили всех домашних. В последствии я перевйл систему на радио разетки, что оказалось гораздо проще и тише чем x10. Эти разетки имеются в огромном асортименте радиочастот и напряжения. Всё это, применимо для огромного множества других систем. Всё началось с того что мой приятель вместе с соседом ненавязчиво капали мне на голову про огромную роль чуда чудного — Arduino в современном обществе и что я как человек умеющий и любящий держать паяльник просто обязан заразиться этой Ардуино манией как можно скорее. Я всячески отмахивался и говорил что область практического (не робото-игрушки) применения её дома очень сомнительна и делать на основе мощного микроконтроллера последовательно загорающиеся светодиодные линейки для подсветки ступенек лестницы (вместо одного сдвигового регистра и генератора) это просто из пушки по воробьям а остальное баловство. Но всё-таки зерно Arduino им удалось заложить в мою голову и как все зёрна с приходом весны и на подступах лета росток начал пробиваться. Я не люблю хобби проекты ради самих проектов. Какая-то практическая сторона должна присутствовать а тем более что ресурсо ($ и время) ёмкие проекты для семейного человека должны ещё иметь высокийWAF (Wife acceptance factor) или как говорит мой Папа его легко легализовать.

И как всегда лень явилась двигателем прогресса. Сидели мы чуть позже полудня на веранде, солнце приятно припекало а в тоже время в спальне на верхнем этаже спал сынишка и судя по китайскому термометру за 2 доллара (до которого надо было ещё дойти и посмотреть не разбудив сына) температура была за 26. Значит надо теперь идти в гостиную и включать центральный кондиционер, а потом надо его ещё и выключать чтобы он не включался каждый раз когда температура немного подымится. Особенно это неприятно делать летом ночью, замёрзнув под лёгким одеялом надо вскакивать и опять же не перебудив всех домочадцев бежать в гостиную к пульту и вырубать это достижение прошлого века. Тут то я и смекнул что пора прекратить такое безобразие и звонить другу со словами "Где там твоя хвалёная Ардунья, Давай её сюда щас мы посмотрим на что она способна!". Сразу скажу что совсем не выбирал именно её и не думал что она окажется такая никчёмная(например в работе со строками) и даже от злости и бессилия бороться с ней дальше чуть не переехал посреди проекта на STM32. В конечном итоге всё-таки остался с ней, но обо всём по порядку.

Чтобы проще было понять почему всё сделано так и как Вам намазать на хлеб мой опыт и наработки, начнём с описания того что есть/было у меня под рукой:
1) Частный дом в Канаде (хотелось бы сказать что он мой, но конечно же он принадлежит банку и как бы это абсурдно не звучало но иметь его полностью выплаченным при текущих ставках даже не выгодно) 1959 года постройки как тут их называют Split Level те дом двух этажный но половина его сдвинута вертикально относительно другой половины на пол этажа.
2) Arduino Uno (в последствии изза малого числа Вх/Вых для X10 и радио потребовалась Mega)
3) дорогой и родной Ethernet Shild. Что-то запустить и найти адекватную библиотеку для ENC28J60 мне так и не удалось
4) Желание, время и немного денег.
Как здесь принято, спальни находятся на верхнем этаже и для меня получается это на пол этажа выше гостиной где и находится прикрученный к стене зловещий пульт управления системой отопления охлаждения. Тут такие систем называются HVAC (heating, ventilation, and air conditioning)на самом же деле это обычный огромный (десятки тысяч BTU или они их тут в тоннах чего то меряют) сплит кондиционер внешний теплообменник и компрессор которого находятся на улице а внутри теплообменник встроен в систему центрального вентилирования, которая полтора кило ватным вентилятором забирает воздух с уровня пола гостиной прогоняет через два теплообменника (один до кондиционера другой от мазутной или газовой горелки) и по системе коробов гонит в каждую комнату. Удобство и собственно само название тепловой насос вызвано тем что этот аппарат может гонять фреон в обе стороны и соответственно не только охлаждать но и нагревать воздух в доме. Надо заметить что нагревать он его может более менее эффективно только если на улице достаточно тепло больше 0 или -5 (зависит от модели и конструкции). Если же холодно то тепловой насос работать не будет и для этого как раз то и нужен бак с мазутом или газ.

Я начал свой проект и амбиции с малого, так давайте и мы разберём как же сделан этот HVAC и как им управлять. На поверку оказывается не так страшен чёрт. Одним из удобств является жидкая стандартизация всего домашнего и не очень в Америке это позволяет скрещать ежей с ужами по открытому, простому (иногда слишком) и общеизвестному (как правило древнему, кондовому) протоколу/стандарту. В нашем случае саму систему (вентилятор горелки теплообменники можно купить одного производителя кондиционер второго, увлажнитель у третьего а Блок Управления всем этим у четвёртого. Честно говоря не знаю также ли называются/управляются подобные устройства в Европе, но думаю что всё либо слизано либо очень похоже. Насколько я понял такие системы уже есть в России и возят их откуда попало/дешевле, так что у вас есть большие шансы столкнуться именно с такой системой. Давайте посмотрим на схему типичного подключения системы до того как мы начнём врезаться в систему.
Как мы видим почти всё понятно с первого взгляда. Единственное что надо пояснить что БУ питается и сам тепло насос управляется переменными 24 вольтами. которые подаются с входного трансформатора R и С. Линия С это общая и всегда соединена. Соответственно при подаче R(замыкании) на Y, O, W или G включается соотв. блок. От этого и будем отталкиваться. Значит если они включают то чем хуже мы? Сделаем так что наша новая система будет дополнять уже имеющуюся. Те управление можно осуществлять со старого пульта и контроллера как и раньше, но только когда надо, Arduino может отключить старую систему от управления и взять борозды в свои руки и потом отдать их обратно.Ставим релюшки.

Причем ставим их так чтобы без питания и вообще отключенные они сохраняли прежнюю конструкцию. R-0 отключает стандартный модуль управления и передаёт управление нашему Ардуину. R-1-4 подают нужное напряжение на соответствующую линию. Это управляющее напряжение R подаётся на каждое реле зелёным проводом. Управлять конечно хорошо, но система серьёзная и если мы случайно или не очень что-то не так включим или в неправильной комбинации. Например теплообменник будет греться а вентилятор не будет гонять воздух и отводить тепло с него, он может перегреться и привести к возникновению пожара, а нам это совсем не зачем. Во избежание подобных ситуаций давайте сделаем тройную защиту. И так первым бастионом будут сенсоры напряжения на каждой линии S1-4 (те их должно быть 4ре).

Они представляют из себя диод два резистора(делитель) и маленький электролит. Это может быть навесная сборка как на фотографии. В результате мы можем в Ардуине знать есть ли на самом деле на каждой из линий управления напряжение или нет. Соответственное если текущее состояние линий управления (Y, O, W, G) не соответствует тому что должно быть мы выводим код ошибки и отключаем систему. Следующим бастионом является наш дополнительный датчик температуры в камере теплообменника (plenum sensor). Если там слишком горячо или холодно (близко к 0С) то мы опять же выводим код и отключаем систему. Очевидно что запитывать реле напрямую от выходов ардуины нельзя поэтому надо либо громоздить по транзистору на каждое реле или купить готовый модуль с несколькими реле и транзисторами на одной плате. 99% компонентов я покупаю на ибее. Например на ибее полно таких 8 канальных модулей (8 Channel Electronic Relay Module) примерно по 9$. или же можно купить 4+2 (так как на самом деле нам надо всего 5 и одно запасное)

В качестве датчиков температуры и влажности я использовал китайские цифровые DHT22 которые неплохо зарекомендовали себя. Им надо всего три провода +5, GNd и Data. Провода могут быть достаточно длинными без потери точности и сигнала. Один датчик выкидывается на улицу в тень и под навес от прямого попадания влаги. Один датчик в доме. В уже построенном много лет назад доме обычно самая большая проблема это провести новые провода, поэтому я старался по максимуму использовать текущую проводку. Для DHT22 есть несколько библиотек. У меня были проблемы со всеми кроме этой. Я поставил внутренний DHT22 рядом с настенным пультом управления. Если В вашем доме как и в моём когда-то стояла система управления HVAC то у вас должно быть аж 6 жильный кабель идущий от БУ к месту где висит сам пульт с индикатором и кнопками. Современные пульты (как мой) требуют всего 2х проводов. Таким образом у нас в распоряжении получается 4 уже проложенных провода. В них мы запускаем +5V, GND, Data для внутреннего DHT22 и на последний Serial(UART) Tx с Ардуины для вывода информации на дисплей.

В качестве дисплея я использовал маленький (2.5 см) OLED экранчик с серийным интерфейсом. ДА он немного дороговат, но есть несколько уникальных отличия от подобных доступных: Наличие Serial(UART) интерфейса, что позволяет использовать всего один провод для его подключения, наличие пяти цифровых выводов на контроллере экрана (куда мы подключим RGB светодиод для дополнительного отображения состояния системы) и наконец компактность в сочетании с контрастом и отличной читаемости как при ярком свете так и ночью и он не освещает весь коридор ночью как любой ЖК с постоянной включённой подсветкой.

Далее встала проблема как поместить в каждую комнату, без дополнительных проводов, питания и радио модулей датчики температуры. В качестве датчика я выбрал цифровой DS18B20, (имея хорошую точность +- 0.5C) которому надо всего два провода (земля и сигнал). Их можно на эти 2 провода вешать много параллельно (каждый имеет свой уникальный MAC адрес). Но даже протянуть два провода во всем комнатам это адский труд. У тут меня осенило. Ведь по всем комнатам проложен телефонный кабель и он 4х жильный и в лучшем случае используется 2 жилы для телефона (как правило красный и зелёный) а остальные (жёлтый и черный) проходят по всем нужным мне местам и остаются свободными. Таким образом не разрезая провода а лишь оголив нужные два я подпаял к ним в каждой комнате по DS18B20. Общая длинна проводов получилась достаточно большая и если сигнальный провод подпирать (на +5В) рекомендуемыми 4.7 кОм, то в моём случае датчики практически не читались и я сократил подпирающее сопротивление вдвое до 2.3 кОм и всё прекрасно заработало.

Потом я заморочился датчиком давление и остановился на недешёвом BMP085 зато он имеет I2C интерфейс, что опять же экономит ножки и количество проводов. Так как он ещё может читать температуру eго я поставил в подвале, куда было ближе и проще всего тянуть новые провода (аж 4). Я старался по максимуму использовать стандартные телефонные кабели и разъемы(RJ11) чтобы конструкция была разбираемой и ремонтно — замено пригодной. При подключении этого барометра на туже I2C шину что и RTC (модуль энергонезависимых часов) возникли не очень понятные проблемы. Они мешали друг другу и пока я не поставил небольшую задержку перед чтением барометра работало всё не стабильно. Так как коротко временное отключение электричества не такая уж редкость да и модуль RTC стоит копейки я добавил его для энергонезависимого времени. в основном нужного при использовании х10. Используя его возникло желание автоматически синхронизовать его с NTP через интернет (раз уж он у нас есть), но у меня что-то не получилось скрестить webduino сервер и NTP. В итоге NTP время (Unix epoch) посылается на Arduino (и обновляется RTC) каждый раз при изменении каких либо настроек или режимов в web интерфейсе. Что имеет свои недостатки так как оно берётся JavaScript из времени на текущем компьютере или мобильном устройстве и не всегда точное и в правильной временной зоне.

Команды моим радио розеткамс Ардуины в эфир я посылаю с помощью копеечного (2$) передатчика модуля. Их прудом пруди на ибее (поиск «RF transmitter 315 Mhz..») и в любом магазине. Единственное надо правильно выбрать радио частоту соответветствующую вашим разеткам. К сожалению мои разетки не корректно поддерживались стандартной библиотекой RCswitch. в описании библиотеки есть список поддерживаемых чипов, но не стоит расстраиваться если ваш не в списке, у меня заработало после анализа эфира в ручную и без библиотеки. Про подобнве разетки, работы с библиотекой много написано. В частности cдесь: http://habrahabr.ru/post/213425 http://habrahabr.ru/post/212215 Я использовал 110В розетки . Несмотря на то что управление радио требует нестандарного решения, оно является самым простым и бюджетным решением стоящей задачи. A именно включать и выключать электрические батареи или любой другой прибор (не обязательно резистивный) по времени или в ручную и иногда включать- выключать наружный свет. Insteon, Zwave и другие имеют много подчас не нужных дополнительных функций но на порядок дороже и имеют проблемы с открытостью интерфейса для того чтобы Ардуино могла посылать устройствам простые команды. Единственная проблема с розетками x10, Insteon и другими это то что они очень громко щёлкают во время переключения. Особенно это раздражает тихой ночью. Ещё один нюанс: x10 был заточен и популярен в северной америке и соответственно под 110 Вольт. Тут каждый выбирает для себя сам. Либо платить много за:
Z-Wave — розеток готовых нет, есть странной формы модули реле которые также но по тише щёлкают и их куда-то, как-то в стены надо прятать, потом замурованные, непонятно как их обслуживать – менять/чинить. Зато появились USB модули для посылки команд. Но для этого ещё нужен микрокомпьютер (возможно роутер подойдёт) с правильной OS драйверами и тд;
Insteon — розетки есть, но также противно щёлкают как x10 и насколько я понял открытого модуля для посылки команд нет и система опять-же заточена под 110В;
Вам решать заморачиваться с интеграцией и посылкой команд в эту сеть или платить меньше в 5-10 раз за каждое радио устройство и при необходимости подтачивать код под него. Как и любая другая вещь всё для 110В стоит дешевле. Конечно есть ещё экстремальные пути, как например описанная несколькими авторами тут, идея опутать всю квартиру (дом) парой (а на поверку пучком) молоточных проводов и собирая каждое управляющее и управляемое устройство с нуля в ручную использовать 1-Wire протокол. Некоторые пошли ещё дальше и разрабатывают свои протоколы…

Также я как кайтер прикрутил анемометр (датчик скорости ветра). Для её измерения я использовал имевшийся под руками чашечный датчик с герконом замыкающим 1 кОм между двумя контактами при вращении чашечек. В программе используется прерывание и замеряется количество раз +5В подаётся(переход из 0 в 1) на цифровой вход (подпряжённый 5 кОм ами на теже +5В). Данное значение умножается на подходящий для вашего датчика коэффициент и из количества замыканий за одну секунду получается скорость ветра в узлах. Также за каждый час меряется максимальное и минимальное значения скорости (порывы) и отображается максимальное за час. В веб отдаются текущее и максимальное. Каждый датчик надо калибровать индивидуально и подбирать правильный коэффициент. Для управления гаражной дверью я использовал запасной радио пульт от неё и с помощью дополнительного реле (шестого) эмулировал нажатие кнопки на пульте (вскрыв пульт и подпаявшить в контактам кнопки).

Протокол общения стандартного БУ термопомпы с её пультом (обычно 2 провода) как правило закрытый и наша ардуина не может знать какой режим и настройки выставлены в стандартном блоке управления, но с помощью наших сенсоров мы можем знать в каком режиме сейчас HVAC и хотя у них тоже есть датчик температуры в теплообменнике дополнительная защита с помощью Ардуины не помешает. Меня часто спрашивают: А не страшно ли мне доверять Ардуине управление такой ответственной системой с своём то доме? Мой код открытый и прозрачный. Я понимаю что происходит и всегда могу отловить и исправить неточность (если такие остались после полугода пользования системой). И самое главное я могу добавлять любые функции которые мне потребуются. В той-же коробочке скорее всего менее мощный контроллер и конечно нечего уже поменять и добавить нельзя. Без ардуины добавление опять же ограниченных функций как доступ из интернета к стандартному БУ стоит новой коробочки сотен долларов. Всё началось не с того что я хотел сэкономить а мне нужны были удобные для меня функции которые не за какие деньги не купить у производителей оборудования. Но конечно если взять в расчёт цену человеко часов затраченных мной, да и даже вами если вы просто решите сделать подобное на базе моих и других наработок, на этот проект то конечно дешевле купить готовое но попрощаться с гибкостью и нужными функциями. Это примерно как поставить FreeBSD и кропотливо долго и по каждому поводу копаться в барахолке знаний интернета и в ручную из командной строки подкручивать её под себя в сравнении Mac OS, красивой готовой но ограниченной на базе той же BSD. Основная из них это включение обогрева/охлаждения до нужной температуры не навечно или по расписанию а всего лишь на час-2-4. Звучит просто и удобно но никак не присутствует в стандартных БУ.

Если вы хотите управлять только термонасосом без RF, RTC, барометра и прочих заморочек памяти и ног хватит и у Uno(я так и сделал в первой фазе своего проекта). В полной же версии без Mega не обойтись. Давайте посмотрим на получаемые функции и интерфейс.

Сам интерфейс сделан в рамках всего одной html странички с использованием технологии Ajax для обмена данными с Arduino web server (webduino) и основана на библиотеках JQuery Mobile. Поэтому для работы нужны несколько файлов картинок и сами библиотеки, которые могут быть заменены ссылками.

В верхнем левом углу, мы видим луну, это значит что по настройкам дня и ночи (в первой строке синего блока) сейчас ночной режим. Если дневной режим там будет солнышко. Дальше мы видим наш домик. В домике куча температур в каждой комнате и в центре температура с десятыми, это температура в гостиной на основном уровне. Зелёным внизу домика мы видим относительную влажность внутри дома. Справа от неё снежинка, это индикатор того что сейчас работает кондиционер. На этом месте отображается разными иконками остальные режимы работы (отопление термопомпой или AUX или же х10). Если иконка приглушена (полупрозрачная) значит система в этом режиме но не активна. Т.е. например в режиме кондиционирования до температуры 21 градус, но так как сейчас 20 градусов кондиционер не активен. Если одновременно работают два режима, например отопление х10 и отопление термопомпой, то будут последовательно мигать две иконки. Слева и справа у домика мы видим лучики, при нажатии на которые они становятся яркими и при последующем нажатии опять приглушаются. Это включение внешнего освещения у дома. У меня есть внешний свет на заднем дворе и впереди дома. Управление передаётся по х10 и номера соответствующих устройств прописаны в html(JS) коде, Ардуина лишь посылает команды на переданные ей из HTML номера устройств. Справа домика мы видим автоматическую гаражную дверь. которая открывается и закрывается при нажатии на неё. Сверху справа от домика мы видим текущую (усреднённую за 1-2 минуты) или максимальную за час скорость ветра в узлах. Значение скорости ветра подсвечивается разными цветами от голубого до красного в зависимость от скорости и в соответствии с международно принятыми цветами шкалы Бофорта. Справа сверху мы видим температуру на улице и ниже текущее атмосферное давление. Розовым фоном для значения давления служит график его относительного изменения за последние 24 часа (x-время, у- относительное значение давления). Под давлением зелёным относительная влажность на улице.

Теперь рассмотрим группу белых селектов и кнопку SET. Левым селектом выбирается нужная температура/режим. Правым на какое время включать этот режим. Если режим активный то надписи немного поменяется, как в этом примере
Если активен режим отопления то дополнительно кнопка подкрасится красным а если охлаждения голубым. Чтобы выключить надо оставить температуру и выбранный режим слева и оставшиеся минуты справа и тогда кнопка SET поменяется на OFF и её нажатие выключит режим. Режим охлаждения или отопления выбирается автоматически в зависимости от температуры на улице. Если на улице меньше чем значение константы heat_temp описанной в html(JS) файле, то будет предлагаться только отопление иначе только охлаждение.

Теперь давайте рассмотрим синий х10 блок. Нажатие на первую строку открывает общие настройки: ON — Все Розетки Всегда Включены (например летом), OFF все розетки всегда выключены (например если вы в отпуске), Split — в силу вступают индивидуальные настройки групп и комнат. Далее вы можете выбрать с какого часа начинается день и с какого ночь. Для сохранения настроек не забывайте нажать кнопку Apply внизу. далее каждая строка отражает группу комнат которая может состоять из одной и более комнат. Я сделал группировку по этажам в своём доме. На некоторых этажах только одна комната а на некоторых больше. У каждой группы мы можем установить режим ON — все розетки этой группы всегда включены, OFF все розетки этой группы всегда выключены (например вам надо включить пылесос и если одновременно будет работать батарея то выбьет предохранитель), Split(доступно только для групп с более чем одной комнатой)- в силу вступают индивидуальные настройки комнат внутри группы, Day — поддерживать указанную температуру только днём (ночью всегда выключено), Day&Night — поддерживать указанную температуру для дня и другую температуру ночью. У каждой комнаты доступно всё вышеперечисленное за исключение Split. Для вступления изменений в силу не забывайте нажать Apply внизу.

Самой последней строчкой является установки режима Override. Этот режим был сделан для принудительного включения розеток в выбранной комнате или светильника на некоторое время. Например вам надо нагреть максимально комнату на некоторый период для того чтобы ребёнку делать там массаж и через час продолжить поддерживать обычную температуру в ней. Или включать свет на улице на пол часа. Слева вы выбираете комнату справа на сколько включать режим и нажимаете кнопку Overrride. Если вам надо досрочно отключить режим справа выбирайте OFF и жмите Override. Вся информация обновляется каждые upd_interval (константа из html файла) секунд. По умолчания = 60 секунд. Когда информация обновляется вся верхняя часть странички с домиком моргает.

Ещё хотелось бы рассказать о концепции объединения розеток (pool). Допустим у вас одна большая комната обогреть которую в в -5 за бортом одна батарея не в состоянии или нагреваться она будет ооочень долго. Вы можете поставить вторую RF розетку с тем же кодом/адресом и вторую батарею воткнуть в неё и они обе всегда будут включаться. Что при относительно теплой температуре приведёт к частому щёлканью и включению и выключению этих двух и более батарей. Есть и другой вариант вы объединяете эти батареи в pool в коде ардуины x10pools[17]={0,0,0,0,0,12,0,0,13,0,0,0,0,0,0,0,0}. Ноль значит отсутствия пула у данного адреса розетки число значит адрес дочерней розетки пула. Дочерняя включается если на улице холоднее чем poolt (константа из html файла) или разрыв между нужной температурой в комнате и текущей больше чем delta_temp * poolf (константы из html файла). Хотелось бы сказать больше о delta_temp (константа из html файла) это Делта температуры. Она нужна для того чтобы режимы часто не включались не выключались так как показания датчиков могут немного скакать +-. Обогрев включается если текущая температура меньше чем (нужная — delta_temp) и выключается если больше (нужная + delta_temp). По умолчанию это 0.5 Град С.

Теперь рассмотрим вопрос безопасности. Конечно нельзя оставлять доступным для всех управление вашим домом. Так как наша система состоит из клиента(JS Ajax html страничка) и сервера (Arduino) вы можете организовать различные уровни безопасности. Например вы можете положить HTML страничку на свой компьютер, телефон планшет и тд. (не выставляя её на публичный хостинг) и тогда только вы(с устройств обладающих этим файлом) сможете открывать эту панель управления своими домашними системами. Arduino web server весит на внутреннем IP и поэтому если вы его не зафорвардите на роутере во внешний мир, то к самой ардуине можно будет достучаться только из вашей внутренней сети. Доступ к самой HTML страничке можно запаролить на Web сервере где вы её захотели выложить. Также модно поднять HTTPS сервер в отношении её. Самым простым и по моему мнению достаточно надёжным является публичный хостинг странички, но сама страничка при запуске никуда не подсоединяется если ей параметром не передать адрес сервера Arduino (предварительно настроенным Dinamic DNS и Port Foewarding). Выглядит это так в браузере вводится такая ссылка http://myhosting.com/index.html?http://myhome.slyip.net:8081/hvac. Если злоумышленник и случайно наткнётся на вашу клиентскую страничку то ничего он с ней сделать не сможет не зная адреса Arduino сервера. Это самый простой и удобный компромиссный вариант, которым я сейчас пользуюсь. Да мне тоже вся эта конструкция с убогим (медленный не поддерживающий HTTPS и тд ) Arduino Web Shield сервером в дополнение к которому ещё надо где-то отдельно хостить клиентскую страничку с иконки НЕ нравится. И как только я получу из китая знаменитый TP-LINK TL-WR703N роутер который в мгновения ока превращается в wifi bridged web сервер с Serial(UART) интерфейсом к Arduine, я сразу же прикручу его к ардуине (или её к нему) и выкину это шилд и изернет провод. Таким образом получится даже больше того что я хотел так безуспешно добиться от STM32 контроллера а именно чтобы всё было в одном устройстве (не отдельно захощенная страничка клиента и отдельно исполнительный сервер) и нормальным веб сервером на котором можно реализовать достойную степень удобства скорости и безопасности.


B на последок пример интерфейса исходники для ардуины проверенный на 1.0.1, мой пакет библиотек и HTML GUI.

habr.com

Средства домашней автоматизации. Теория и практика «Умных домов». Часть первая

Читая Хабр и Гиктаймс, периодически натыкаешься на статьи типа «Умный дом на коленке за 5 минут, используя запчасти от ноутбука сестры». Я нисколько не сомневаюсь, что это реально работает и временами даже преклоняюсь перед умом и упорством этих людей. Однако я долгое время реально работал над разработкой и реализацией проектов умных домов. И мне хочется рассказать о теории, практике и трудностях реализации этих решений.

Итак, начнем с теории. Попробую рассказать кратко и доходчиво:

Для чего это нужно?

Существует четыре основных причины, почему заказчики устанавливают себе систему автоматизации в частном доме, квартире или офисе:
1. Экономия энергетических ресурсов. Электроэнергия и выработка тепла сжиганием природных ресурсов с каждым годом становится все дороже. Система автоматизации позволяет в некоторых случаях снизить энергопотребление до 30%.
2. Повышение комфорта проживания и «качества жизни».
3. Внешний вид и дизайн устройств. (Тут как говорится: понт — дороже денег.)
4. Широкие возможности диспетчеризации. Любая система домашней автоматизации (ну или почти любая, об этом ниже) имеет собственную систему диспетчеризации или может интегрироваться в стороннюю систему диспетчерского контроля и управления.

Теперь немного подробней по пунктам в рамках существующих российских реалий.

Пункт первый — экономия энергетических ресурсов. Является номером один для стран Евросоюза и последним для России в следствие, как бы это ни звучало странно, «относительной дешевизны энергоресурсов». К примеру, в Литве, в которой я побывал недавно по приглашению партнеров нашей компании, оборудование для автоматизации стоит значительно дешевле, а стоимость энергоресурсов в разы дороже, поэтому сроки окупаемости проектов 2-3 года. В России некоторые проекты, даже при условии четкой направленности на энергосбережение, не окупаются и за 5-7 лет.

Пункт второй и третий – комфорт и внешний вид. В 90% случаев для российских заказчиков эти два пункта оказываются решающими. В основном выбирают управление светом и инженерными системами здания. Ассортимент управляющих устройств огромный: от классических выключателей до совершенно фантастических устройств и решений, которые мы видим в некоторых фильмах. Набор функций тут тоже практически ничем не ограничен, зависит от фантазии и возможностей заказчика. Естественно, когда заказчик платит дорого, то это должно выглядеть дорого.

Пункт четвертый – возможности диспетчеризации. Актуален для систем автоматизации, которые работают в административных и офисных зданиях, однако для частных домов и квартир, в связи с популяризацией различного рода устройств типа смартфонов и планшетных компьютеров, это тоже стало популярно.

Какие системы автоматизации зданий существуют?

Поднимая данный вопрос, я не ставлю перед собой цель описать все возможные системы. Опишу лишь несколько типов технических решений, а также назову несколько популярных в России технологий без привязки к конкретным брендам (по возможности).

Системы управления, разделенные по своей структуре:
1. Централизованные системы управления. Системы, в которых одно или несколько центральных устройств отвечают за работу всей системы в целом, а датчики и исполнительные устройства выступают как периферия.
2. Децентрализованные системы управления. Системы, в которых каждый датчик и каждое исполнительное устройство является автономным.
Собственно говоря, данное разделение является довольно условным, потому как к практически любой распределенной системе можно подключать датчики в виде периферии, а любая централизованная система может стать распределенной.
Системы управления можно разделить и по средам передачи данных:
1. Витая пара. Самая популярная из всех. Это не только и не столько Ethernet. Это огромное множество промышленных стандартов передачи данных.
2. Силовая линия. Передача ведется по линиям питания. Применяется редко. В основном в случае модернизации существующей электроустановки.
3. Радиоканал. Система управления, построенная на радиоканале, имеет ряд преимуществ, но еще больше недостатков. В основном применяется для модернизации существующих систем. А также отлично зарекомендовала себя для управления светом и инженерными системами в бревенчатых домах. Оборудование не всегда сертифицировано в России.

Системы управления также разделяются и по протоколам передачи данных:

Существует большое количество промышленных протоколов и промышленных устройств, которые в принципе подходят для реализации систем автоматизации любого уровня, в том числе домашней, но в данной статье про них речь не идет.
Каждый производитель систем для домашней автоматизации считает своим долгом разработать свою систему с ноля и сделать ее максимально несовместимой с остальными, но есть системы, которые разрабатываются некоммерческими организациями, финансируемыми целым рядом производителей оборудования.

Итак, про конкретные системы:

1. KNX. Протокол изначально разрабатывался ассоциацией с неблагозвучным для русского языка названием EIBA. Ассоциация была основана в 1990г. в Брюсселе 15-ю компаниями производителями. Из основных компаний учредителей Siemens, Gira, ABB, Berker, Jung. В данный момент ассоциация называется Konnex. Сайт ассоциации: http://www.konnex-russia.ru. Организация некоммерческая. Цели: сертификация оборудования и обучение технологии. С 1 января 2013 года все права и полномочия по обучение специалистов EIB/KNX переданы МГСУ (Московскому Государственному Строительному Университету).

Описание:
Среды передачи данных: Витая пара, Силовая линия, Радиоканал (868 и 433 МГц) и KNX/IP (KNX поверх TCP/IP). Децентрализованная система автоматизации.
При использовании в качестве среды передачи данных витой пары или силовой линии поддерживается свободная топология сети. Компоненты системы могут соединятся между собой в свободном порядке. Питание устройств осуществляется по информационной шине. При проектировании на базе витой пары необходимо учитывать потребляемую из шины мощность. Теоретически одна система поддерживает 65535 физических адресов, но есть ряд служебных адресов. Физические адреса делятся на 3 разряда и разделяются точками по принципу «№ области.№ линии.№ устройства». Устройств в линии может быть до 255, линий может быть не более 15, областей не более 15. Скорость передачи данных зависит от среды передачи данных. В качестве среды для конфигурирования устройств служит программа ETS. В данный момент актуальна 4-я версия. От себя могу добавить, что система довольно медленная, но для 99% того функционала, что она предоставляет, этой скорости передачи данных достаточно. Для всего остального есть Ethernet.

2. LONWorks. Протокол изначально разрабатываемый компанией Echelon. В декабре 2008 года принят как международный стандарт ISO/IEC 14908 в 4-х частях. В данный момент стандарт поддерживается международной ассоциацией LonMark. Организация некоммерческая. Цели: сертификация оборудования и обучение технологии. Сайт ассоциации: www.lonmark.org.
Описание:
Среды передачи данных: Витая пара (TP/FT-10), Силовая линия (PL-20), Ethernet (IP-852). Каждое устройство LONWorks имеет свой уникальный идентификационный номер Neuron ID (48 бит), который может быть использован в качестве физического адреса. Также каждый объект системы может иметь индивидуальное имя. Имя задается один раз при создании объекта в системе. Существует система адресации CNP внутри которой адресация осуществляется по принципу домен.подсеть.узел также есть возможность работать в режиме групповой адресации. Подробней можно прочесть в документе. Для конфигурирования и программирования в данный момент служит ПО под названием OpenLNS CT. Для работы в программе необходим Microsoft Visio (2003,2010). От себя добавлю, технически LON система гораздо более шустрая и обладающая гораздо большим функционалом нежели KNX, но данная система применяется в качестве основы для «умного дома» редко в связи с тем что сенсоры, выключатели, термостаты и прочие компоненты системы с которыми контактирует конечный пользователь страшны как смерть и обладают в лучшем случае промышленным дизайном.

На рынке также присутствует множество систем, которые производит только один производитель, такие как My Home от Btchino (Legrand), LCN (Issendorff KG) и многие другие, не пожелавшие открывать протоколы обмена данными внутри своей сети. Специфика данных систем в том, что в них трудно интегрировать сторонние системы автоматизации, вследствие закрытости интерфейсов. А также они обладают ограниченным объемом дизайнерских решений органов управления.

Также хочу выделить в особую группу системы и технологии по озвучке помещений (или «Мультирум») такие как Crestron, AMX, Vantage Controls и прочие. Данные технологии изначально были предназначены для оповещения, озвучки помещений и мультимедийных развлечений, но в данный момент они представляют собой мощные системы автоматизации централизованного типа с очень обширным функционалом и возможностью интеграции с другими системами автоматизации.

Вот тут вот хочется дать пояснения почему были выбраны и описаны только эти две системы. Причин несколько. Первая. Эти две системы имеют четкую направленность именно на домашнюю автоматизацию. Вторая. Разработкой устройств для этих систем занимается огромное количество компаний по всему миру включая таких «зубров» как, ABB, Schneider Electric и Siemens. Третья. Огромный выбор устройств с практически неограниченным функционалом. Четвертая. Совместимость устройств в рамках системы контролируется путем сертификации единой некоммерческой организацией. Ну и пятая. У меня есть опыт проектирования систем автоматизации на базе этого оборудования.

На этом первая часть закончена. Однако для публикации готова вторая часть про стандартные функции систем и третья — про практику реализации подобных проектов.
Вторая часть тут.

habr.com

Комплексные системы управления умными домами / Холдинг GS Group corporate blog / Habr

Название технологии «умный дом» само по себе подразумевает интеллектуальный контроль помещения. Множество устройств, объединенных в одну систему, обеспечивают безопасность жилья, комфорт и экономию ресурсов. Система позволяет вам с легкостью управлять температурой в помещении, освещением, сигнализацией, системами безопасности и др.

Система управления умным домом представляет собой комплекс аппаратно-программных средств, предназначенный для выполнения трех основных функций.

Первая – это управление различным оборудованием вашего дома из одной точки. С помощью смартфона, компьютера, планшета и других устройств вы можете управлять всеми умными устройствами, которыми оборудованы ваши апартаменты.

Например, вы можете включать-выключать свет в любой из комнат или менять его интенсивность, задвигать или раздвигать шторы, включать и выключать кондиционер, менять температуру, управлять любыми функциями бытовых приборов, обладающих подобной возможностью, а также отдавать команды на выполнение каких-либо сценариев.

Именно выполнение сценариев является вторым способом управления умным домом. Сценарий – это совокупность заранее согласованных с пользователем запрограммированных действий, которые система умный дом выполняет по команде.

Например, когда пользователь приходит домой после работы и садится смотреть телевизор, он может послать умному дому команду «Просмотр фильма», тогда комплекс приглушит свет, задвинет жалюзи и автоматически подстроит громкость звука. Необходимо добавить, что команды могут осуществляться не только с помощью сенсорной панели, но и с помощью ПК или мобильного телефона.

Третьим пунктом является автоматическое управление умным домом. В этом случае система сама принимает решения о тех или иных действиях, например, поддерживая постоянной температуру в помещении, ориентируясь на показатели термометра. Аналогичным образом можно управлять, например, электрической сауной или поливом растений.

Есть мнение, что дабы полностью извлечь все преимущества, которые способен предоставить умный дом, управление умным зданием должно быть комплексным. В последнее время наблюдается стремление заказчиков к полной автоматизации инженерных систем жилья.

Если раньше они в основном соглашались на инсталляцию отдельных систем – только систем управления освещением и шторами, только систем управления климатом и так далее, то теперь все чаще устанавливается полный комплекс. Однако установка сложных систем автоматизации требует вмешательства профессионалов, что бывает не всегда удобно. Более того, такой вариант умного дома стоит достаточно дорого.

Возможно именно по этой причине последнее время для управления умными устройствами в доме начали использоваться хабы. Они служат отличной отправной точкой для того, чтобы начать создавать комплексную интеллектуальную систему. По сути, хаб – это центральный контроллер, управляющий сразу многими другими устройствами, которые покупаются или сразу, или постепенно и способны выполнять самые разнообразные функции: от контроля освещенности, до обеспечения безопасности.

Один из самых популярных хабов носит название SmartThings Hub. Управление осуществляется через приложения на iOS и Android, а также через веб-интерфейс.

Фото: smartthings.com

SmartThings предлагает несколько продуктов, которые можно интегрировать с хабом: датчик протечек, датчик движения, датчик открывания двери, а также умные розетки, лампы, камеры, термостаты и еще многие другие. Более того, он может интегрироваться с устройствами, разрабатываемыми компаниями-партнерами, например выключателями Belkin WeMo.

Еще один хаб на рынке умных устройств представила компания Insteon. Управление также осуществляется с помощью приложения для смартфона или компьютера.

Фото: insteon.com

С его помощью можно настраивать поведение устройств в зависимости от времени суток и получать электронные письма с оповещениями (плюс push-нотификации) при наступлении какого-либо события. Среди продуктов Insteon можно найти термостаты, розетки, переключатели, дверные замки, датчики движения, датчики протечки, беспроводные камеры и другие устройства.

Еще одной доступной системой домашней автоматизации является VeraLite. Благодаря использованию протокола Z-Wave он может «общаться» даже с теми продуктами, которые не принадлежат линейке VeraLite. VeraLite автоматически настраивается, когда подключается к домашней сети. Более того, он может функционировать как роутер.

Фото: getvera.com

Однако подобные системы имеют один недостаток. Вы можете соединить датчики движения с выключателями света, вы можете запрограммировать термостат так, чтобы он обогревал только те комнаты, в которых есть люди, вы даже можете включать и выключать электрические розетки, используя свой смартфон. Однако это возможно только в том случае, если вы постоянно проживаете в этом доме. Если вы арендуете апартаменты и часто переезжаете, то перевозка аппаратуры и повторная её установка сразу превращаются в утомительное занятие.

Это создает определенные сложности в адаптации технологии умного дома молодыми людьми, которые часто путешествуют. Именно эту проблему старается решить компания IOTAS и её соучредитель Сэ Пайк (Sce Pike). IOTAS сотрудничает с компаниями-застройщиками с целью привнести в каждый дом умные технологии. Её цель – сделать так, чтобы арендаторы могли в полном объеме наслаждаться возможностями Интернета вещей.

Комплексная система управления IOTAS пока может работать лишь с датчиками движения, выключателями и розетками, однако, используя приложение компании, пользователь получает возможность создать собственные правила работы оснащения апартаментов. Например, IOTAS может выключать весь свет в доме после 10 вечера, когда вы идете умываться, или, наоборот, моргать светом, если вы получаете SMS-сообщение.

«Перевозить» умный дом с собой вы можете благодаря облачному сервису. Более того, вы получаете доступ к настройкам, сделанным другими пользователями. Аппаратное обеспечение IOTAS является беспроводным и способно работать с обычными лампочками и переключателями.

Пайк также говорит, что компания хочет расширить спектр доступных устройств: внедрить умные замки, термостаты, носимые устройства. Комплексные решения подобного рода позволят клиентам чувствовать себя максимально свободно и будут способны удовлетворить все их маленькие прихоти. Неудивительно что конкуренцию компании уже хотят составить такие гиганты отрасли, как Google. Но, может, это и хорошо, поскольку конкуренция толкает рынок вперед.

habr.com

Умный дом и автоматизация офиса / Unet corporate blog / Habr

Умный дом (Smart Home), в представлении многих, является единым «организмом» со своими жильцами, обеспечивая их безопасность, комфорт и различные удобства для жизни. При этом отдельные компоненты такого дома «невидимы» для самих пользователей. Примерно, как не замечаешь современную операционную систему смартфона, а вызываешь нужное приложение, так и умный дом должен обеспечить своим хозяевам оптимальные условия для проведения времени в кругу семьи, встреч с друзьями или решения повседневных задач. Такой дом должен создать максимально комфортные условия для отдыха или работы, без отвлечения на бытовые мелочи и, при этом, экономя потребляемые энергоресурсы.

Очевидно, встает вопрос о том, как же построить такой идеальный дом или сделать «интеллектуальной» свою квартиру? На самом деле, ответ не совсем очевиден.

Цифровая экосистема умного здания


Для современного умного здания (Smart Building), например, бизнес-центра или офисного помещения, решение поставленной задачи достаточно прозаично. Проект такого строения уже будет включать в себя все компоненты и системы промышленной автоматизации. Будет учтено наличие централизованного пункта управления всеми компонентами постройки, ее экосистемой и связи с внешними службами. С точки зрения управления и мониторинга, в таком проекте будут применены системы промышленной автоматики, АСУ ТП (SCADA/HMI-системы) и облачные решения (Cloud Computing) крупных вендоров.

Для оборудования цифровой системы здания интеграторы вполне могут внедрить специализированные программные компоненты, которые свяжут воедино структурные составляющие здания. Для решения этих задач могут быть использованы технологии, например, Microsoft Azure IoT Suite. На нижнем уровне в таких промышленных системах автоматики будут работать специализированные исполнительные механизмы и датчики. Эти системы используют стандартизированные промышленные протоколы для связи с контроллерами управления и последующей передачи информации в облако для визуализации происходящих процессов в задании, архивирования истории данных и выполнения алгоритмов, которые задают параметры работы конечных устройств.

В настоящее время существует масса промышленных протоколов связи, например, Modbus, RS-485, Industrial Ethernet, CAN и другие, которые поддерживаются соответствующими контроллерами. При этом, за счет стандартизации «де-факто», в сфере промышленной автоматизации всегда можно найти конвертор интерфейса связи из одной сети в другую. Таким образом, можно объединить всю сеть устройств автоматики на уровне решений, например, Industrial Ethernet. Главное для таких унифицированных систем – это наличие драйвера OPC (Open Platform Communications), который позволит взаимодействовать выбранной SCADA/HMI-системы с установленными промышленными контроллерами.

Умное здание вполне может управляться несколькими SCADA/HMI-системами, причем не связанными друг с другом. Например, системы: центрального кондиционирования, аварийной сигнализации, управления лифтами и многие другие системы вполне могут существовать независимо. При этом, такие решения уровня здания могут использовать и общедоступные Интернет-каналы для доступа к облачным сервисам и уже на их основе превратиться из обычной сети промышленной автоматики в интеллектуальную систему умного здания. Причем множество датчиков и исполнительных устройств, имея дополнительный канал выхода в Интернет, также становятся частью облака. Фактически, это и есть концепция Интернета вещей, когда множество устройств и систем могут взаимодействовать с облаком, устанавливая на его основе связи между собой.

Но кто возьмет ответственность на себя в случае отсутствия доступа к Интернет? На самом деле, промышленные системы автоматики разрабатываются таким образом, что в случае обрыва связи или других поломок всегда должен будет выполнен протокол внештатной ситуации. Например, без связи с «внешним миром», исполнительное устройство должно перейти в заранее предусмотренный и предварительно запрограммированный режим, даже в случае пропадания электричества в системах обеспечения жизнедеятельности людей, всегда должен быть предусмотрен комплекс мер при реакции на такую ситуацию сбоя.

В свою очередь, облачное решение, на примере Microsoft Azure, может представлять из себя целый комплекс, состоящий из компонентов, которые взаимодействуют между собой на основе открытого программного интерфейса API (Application Programming Interface). Так информация с датчиков и систем умного дома может быть направлена в сервис Microsoft Azure IoT Hub. Этот облачный сервис позволяет, как принимать, так и передавать управляющие команды исполнительным устройствам.

В случае периодического отсутствия связи с Интернет, при помощи сервиса Azure IoT Edge, можно перенести часть интеллектуальных свойств облака конечным устройствам, которые смогут выполнять программный код автономно и при возобновлении связи синхронизировать свои данные и алгоритмы работы с облаком.

В самом облаке Microsoft Azure, кроме использования сервисов хранения данных, поток информации с IoT Hub можно обработать при помощи несложных скриптов Azure Stream Analytics, которые пишутся на языке похожем на стандартный язык запросов SQL. При этом, анализ потока данных выполняется фактически в реальном времени. Дело в том, что компания Microsoft обещает очень малую латентность для сервисов Stream Analytics.

Регистрируемые данные можно передать в сервис Event Hubs, который предназначен для работы с телеметрией. Здесь данные будут упорядочены и, например, переданы с использованием протокола Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) другим сервисам обработки данных. Облако Microsoft Azure для систем Интернет-вещей поддерживает стандартные протоколы обмена сообщениями Message Queue Telemetry Transport (MQTT) и программирование своих устройств и задач на универсальных языках: Java, JavaScript, C, C# и Python.

Для визуализации данных можно использовать Microsoft Azure IoT Hub совместно с сервисом бизнес аналитики Power BI. Так же данные, которые поступают в облако, можно обработать при помощи алгоритмов машинного обучения, где от пользователя в среде Microsoft Azure Machine Learning Studio требуется построить алгоритм обработки данных.

Например, в проекте можно использовать технологии искусственных нейронных сетей, регрессионный анализ и другие подобные решения. От разработчика всего лишь требуется разместить нужный блок на схеме. В случае, если что-то не работает, всегда можно заменить ранее выбранный блок на другой. Таким образом, в проект здания внедряется действительно интеллектуальные алгоритмы и компоненты.

Но и это не все возможности Microsoft Azure, если разработанное решение является интересным и тиражируемым, то его можно опубликовать в магазине Azure Marketplace и предоставить другим пользователям этого облака как готовый сервис.

Не только компания Microsoft предоставляет облачные вычисления для технологий Интернета вещей. Так же следует обратить внимание на AWS IoT Platform компании Amazon, когнитивные средства Watson IoT компании IBM и решения других вендоров. Но это уже отдельная история о выборе архитектуры проекта, используемых протоколах и взаимодействии интеллектуальных устройств умного здания.

Надо понимать, что масштаб рассматриваемых решений огромен, впрочем, как и их возможности для всей экосистемы умного здания. Конечно, подобный проект будет значительно дорог, если его рассмотреть применительно к частному дому или квартире. Но для коммерческого здания или отдельной инновационной постройки эти затраты вполне оправданы, тем более, что синергетический эффект от внедрения такой системы превысит вложенные средства. Но что делать обычному человеку, который хочет уже сейчас получить гибкую и интеллектуальную инфраструктуру для своего жилища и своих нужд?

Перспективы концепции умного дома


Сравнив задачи, которые ставятся перед системами умного здания и умного дома, можно прийти к выводу, что для дома решаемые задачи систем все-таки будут сложнее, а функционал – более расширен. Возможно, в этом и кроется то, что до настоящего времени умный дом – это скорее некая недостижимая или, более корректно – сложно реализуемая цель, а мы видим лишь редкие ее проявления. Все причины этого, если разобраться, кроются в задачах и целях такого дома, а также его цене.

По сравнению с коммерческим зданием или помещением, где перед началом эксплуатации можно провести инструктаж по технике безопасности и особенностям автоматизированных и автоматических систем сооружения, то для умного дома это уже сделать будет значительно сложнее. Обычно потребители не любят разбираться с деталями и учатся использовать и применять свою умную электронику интуитивно. С точки зрения потребителей, а так и должно быть, такой подход естественен, но стоит заметить, что только совсем недавно стали появляться системы, которые являются безопасными для окружающих и при этом имеют удобный и интуитивно понятный интерфейс. Тем более, что жителями умного дома, а точнее его комнат, вполне могут стать дети, домашние животные и не о чем не подозревающие гости и так далее.

С другой стороны, следует отметить еще один фактор, мешающий стремительному развитию компонентов умного дома – это относительно высокая цена его составляющих. Например, основой умного дома являются множество различных электрических и электромеханических систем, информационные коммуникации, интеллектуальные датчики и исполнительные механизмы, а также не следует забывать о вычислительном центре или «кибернетическом мозге» умного дома. Безусловно цена таких компонентов должна быть доступна множеству групп различных потребителей.

Современная электроника стремительно развивается, что приводит в целом к удешевлению умного дома. Буквально за несколько лет сменились, например, поколения лампочек: от обычной лампы накаливания, управляемой диммером, люминесцентных экономок до светодиодных ламп и, наконец, появления умных лампочек. Такая умная лампа, например, Philips Hue, Xiaomi LED Ceiling Light или любая попроще, представляет из себя светодиодную лампу с обычным цоколем или целый осветительный прибор, но при этом в таком устройстве присутствует контроллер, который управляет свечением: яркостью и/или цветовой схемой, в зависимости от модели. Но главное то, что устройство оснащено встроенным контроллером, с которым можно связаться по стандартным коммуникационным каналам: Wi-Fi (802.11), Bluetooth, и управлять лампой со своего смартфона. Но даже тут между смартфоном и лампой может быть необходим посредник или шлюз (Gateway), который, как в лампочках Philips Hue, из внутренней беспроводной сети устройств ZigBee (802.15.4) «пробрасывает» данные к домашнему Wi-Fi-роутеру.

На простейшем примере умных ламп становится понятно, что проектирование умного дома весьма непростая задача. Все упирается в стандарты и совместимость. Если со стандартами более-менее все понятно, ведь они хорошо документируются, то, казалось бы, совместимость устройств по каналам передачи данных можно просто обеспечить за счет шлюза. Он позволяет «пробросить» пакеты данных из одной физической сети в другую, например, из той же сети ZigBee или из популярной специализированной сети передачи управляющих команд Z-Wave, разработанной специально для решения задач умного дома, в домашнюю локальную сеть, например, построенную на базе проводной технологии Ethernet и беспроводного маршрутизатора Wi-Fi. Но при этом основная проблема совместимости, на самом деле, скрывается в содержании самих пакетов данных.

Если физические сети связи хорошо документированы и стандартизированы, то внутренние протоколы тех же смарт-ламп или других устройств де-факто реализуются и документируются внутри компании-производителя или даже обособлены на уровне ее одной линейки устройств. Но не все так плохо для конечного пользователя. В последнее время можно наблюдать замечательную тенденцию открытия внутренних протоколов обмена данными устройств в виде программных API. На основе таких открытых систем уже сейчас можно интегрировать устройства разных поставщиков в единую инфраструктуру умного дома. В конечном счете, для этого всего лишь потребуется загрузить подходящее приложение для вашего смартфона.

Собственно, смартфон становится единым информационно-коммуникационным центром умного дома. Некоторые производители, например, Xiaomi в линейке Redmi, зачастую встраивают в смартфон инфракрасный передатчик. Это позволяет, загрузив специализированную программу, подключиться к старому оборудованию, которое управляется пультом с инфракрасным сигналом. После этого обычный телевизор, музыкальный центр или кондиционер может получать команды от смартфона, главное наличие передатчика в телефоне и поддержки модели оборудования в выбранной программе из Google Play Маркета или аналогичного решения экосистемы Apple.

С другой стороны, смартфон может управлять и взаимодействовать с современными компонентами умного дома, которые адаптированы для работы с Wi-Fi, Bluetooth и, конечно, теми, что имеют прямой выход в Интернет. Смартфон вполне может стать своеобразным датчиком. Например, на основе определения местоположения владельца смартфоном, интеллектуальный термостат Nest может понять находится ли хозяин внутри дома или уже далеко за его пределами и, соответственно, подстраивает под ситуацию оптимальный режим отопления. При этом, смартфон не становится незаменимым при взаимодействии с интеллектуальными системами. Всегда можно подойти к устройству Nest и изменить параметры его работы. Следует отметить, что данные термостаты могут взаимодействовать с совместимыми устройствами других производителей, а это важная особенность при формировании инфраструктуры умного дома.

Так же достаточно целесообразным может стать добавление в инфраструктуру умного дома центральной панели управления Zipato ZipaTile. Такая панель является контроллером умного дома, работая с различными физическими интерфейсами и беспроводными сетями, при этом сама система работает на базе операционной системы Android, фактически предоставляя приложения для управления экосистемой умного дома. При этом, если вам неудобно использовать сенсорную панель в качестве интерфейса умного дома, на сегодняшний день волне можно задействовать голосовое управление систем Google Home, Amazon Alexa или других вендоров.

Современные системы, позиционируемые как системы умного дома – это прежде всего решения в области безопасности: сигнализация проникновения, системы видеонаблюдения, пожарная сигнализация, системы контроля качества воздуха и различные электронные замки. Затем следует отметить системы комфорта и обеспечения экологичности и экономичности дома: возможность использования солнечной энергии, энергии ветра, системы мониторинга потребления энергоресурсов, тепла, воды. Наряду с этим умный дом вряд ли обойдется без систем обеспечения комфорта: домашний кинотеатр, системы управления освещением и умных розеток, которые могут обеспечить режим включения/выключения, например, обычных бытовых приборов и другой поддерживаемой техники. И многие другие. Но все эти системы, если их установить независимо друг от друга, не будут взаимодействовать между собой, поэтому мы не можем назвать такое решение умным домом – это просто системы домашней автоматизации (Home Automation).

Кстати, огромный толчок в развития систем домашней автоматизации дало появления плат типа Arduino. Эти платы предназначены для быстрого прототипирования электронных устройств. Такая плата – это печатная плата определенного форм-фактора с запаянным на ней микроконтроллером, выводы которого подключены к разъемам, куда можно подключать платы расширения, например, контроллеры сетей передачи данных, системы регистрации данных, управляющие элементы и подобные решения. Такие платы или модули в терминологии Arduino – Shields, доступны от различных поставщиков за счет полностью открытой архитектуре проекта. Так же энтузиасты, если не найдут нужный Shield, всегда могут разработать и спаять свое решение.

Огромным преимуществом Arduino стала не только стандартизация форм-фактора устройств, но и появление очень простого языка программирования, похожего на C/C++ и кроссплатформенной среды разработки, созданной на основе проекта Processing. В случае, если производительности Arduino недостаточно, например, для решения задач домашнего медиацентра, создания шлюза, то можно использовать наработки другого открытого проекта, но уже на базе процессора семейства ARM. Это известный проект Raspberry Pi, где уже может работать операционная система на ядре Linux или модифицированная версия Android, а также операционная система Microsoft Windows 10 IoT Core и другие.

На базе Arduino вполне можно построить интеллектуальный датчик или создать интеллектуальное управляющее устройство. Идея таких конструкций в том, что микроконтроллер получает данные от чувствительного элемента датчика или подключается к системам управления, например, реле и подобным. В отличие от простых датчиков и исполнительных устройств, интеллектуальные системы могут выполнять свою программу. Такие интеллектуальные датчики или устройства управления не только должны работать согласно внешних команд, но и выполнять заранее запрограммированный комплекс действий на случай внештатной ситуации обрыва линии связи.

К тому же следует заметить, что при разработке систем домашней автоматизации всегда следует продумывать механизмы поведения подсистем и компонентов при аварийном отключении электропитания. Очевидно, логика работы интеллектуальных систем управления должна предусматривать любые внештатные ситуации. Такие случаи следует предусмотреть в системе заранее и подходить к реализации мер безопасности не с позиции внештатной ситуации, а стандартной работы устройства, гарантирующего определенные меры безопасности и надежности.

Как уже было отмечено, решения DIY или сделай сам, способствуют стремительному развитию систем домашней автоматизации. Не следует забывать, что в отличие от сертифицированных изделий, которые можно применять только в регламентируемых условиях эксплуатации, для разработки прототипов необходимо иметь навыки и знания в области электроники, электрических систем и соблюдать все меры безопасности.

Такие компоненты, как Arduino, поставляются как есть, без обеспечения гарантии и каких-либо рисков для потребителей. Вводя в эксплуатацию собственные разработки на основе таких решений можно негативно повлиять на благосостояние своего жилища, свою жизнь и окружающих, если не предпринять необходимые меры техники безопасности и воспринимать такие системы, именно, как прототипы изделий. Далее следует позаботиться о надежности и безопасности результирующего образца, который может стать коммерческим изделием, на примере множества успешных современных стартапов.

Итак, домашняя автоматизация сейчас, как никогда ранее, находится на пике развития и совершенствования своих потребительских систем, но фактически такие проекты всегда решают задачи на уровне какой-то определенной системы умного дома или его отдельной составляющей. И тут, в отличие от задач умного здания, для умного дома не требуется поддерживать слишком сложные вычисления и алгоритмы, для обеспечения взаимодействия всех составляющих проекта. Можно обойтись ресурсами небольшого домашнего сервера.

Несложно проследить тенденцию в построении централизованных систем умного дома, где каждый интеллектуальный датчик или исполнительный механизм подключается к основному узлу или хабу (Hub). Например, можно выделить популярные открытые проекты: OpenHAB, Domoticz, MajorDoMo и другие, суть которых сводится к тому, что в помещении разворачивается сервер умного дома и на его основе строится взаимодействие компонентов всей экосистемы умного дома. Причем такой хаб может быть сам по себе достаточно интеллектуальным устройством, а в случае недостатка вычислительных ресурсов, всегда можно арендовать сторонние облачные сервисы и службы, например, когнитивные сервисы, машинное обучение и другие.

Если посмотреть на тенденции развития концепции умного здания и совершенствования систем Интернет вещей, то сразу становится очевидным, что сейчас каждый компонент, система, датчик или исполнительное устройство фактически немыслимо без выхода в Интернет. При этом видна четкая тенденция отказа от централизации управления и делегирование решения задач взаимодействия систем умного дома в среде облачных вычислений. Здесь, как раз и кроется синергия составляющих умного дома. Когда, например, по протоколу MQTT все системы будут передавать сообщения, а заинтересованные в определенных данных устройства будут подписываться на нужные им сообщения и на основе этой информации принимать решения, способствующие сбалансированной «жизни» цифрового дома. Таким образом, можно утверждать о трансформации систем домашней автоматизации в умный дом на основе применения технологии Интернет вещей.

Пока такие системы только начинают разрабатываться и совершенствоваться, но можно не сомневаться, что у них очень большой потенциал, в плане облегчения построения умных решений. При этом пользователям системы не потребуется писать множество программ. По принципу загрузки из виртуального магазина программ для смартфона, можно будет «загрузить» и задействовать для своей системы требуемое программное обеспечение, адаптируя его к решению своих задач, получая все преимущества цифровых технологий умного дома.

А пробовали вы использовать системы домашней автоматики? Есть ли у вас свой удачный опыт построения умного дома или вы эксперт по технологиям умного здания? Интересны, а может, наоборот – непонятны какие-либо части этой публикации? Делитесь своими мнениями и размышлениями в комментариях.



Интересные ресурсы и ссылки:


  1. Architecting IOT for Smart Buildings: Deep dive into Microsoft's first engagement on energy smart buildings – Channel 9
  2. Connecting Buildings to the Cloud for a Greener Planet – Microsoft Customer Stories
  3. Microsoft Azure IoT Suite – Microsoft IoT Cloud Solution
  4. How the AWS IoT Platform Works – Amazon Web Services
  5. Watson Internet of Things – IBM
  6. Inside an Apple smart home – TechCrunch
  7. Обзор светодиодных Wi-Fi ламп Philips Hue – THG.ru
  8. Nest – обучаемый термостат третьего поколения – PCMag Russian Edition
  9. Система управления умным домом Zipato ZipaTile – iXBT.com
  10. How to build an Arduino powered smart home – CodeProject
  11. 11 DIY Projects to Turn Your House Into a Smart Home – Gizmodo
  12. Сравнение Google Home и Amazon Alexa – Geektimes
  13. 9 Home Automation Open-Source Platforms for Your projects – Random Nerd Tutorials
  14. How IoT & smart home automation will change the way we live – Business Insider

habr.com

доступные системы автоматизации :: Статьи

Не всегда целесообразно внедрять «продвинутую» систему «умного дома», иногда можно обойтись и лайт-версией, добившись при этом нужного результата. Главное, определить, что в фокусе вашего внимания: безопасность, сбережение ресурсов или качественный климат-контроль для зимнего сада, а может, все вместе.

Концепция «умного дома» делится на несколько составляющих и имеет разные способы реализации. Во-первых, концепция «умного дома» связана с эффективным потреблением ресурсов: энергосбережением, экономией воды. Во-вторых, с организацией охраны: видеонаблюдением, сигнализацией. В-третьих, с автоматическим контролем работы всех инженерных систем и электроприборов: датчиками протечки воды, защитой от короткого замыкания и т.п.

Blossom: Smart watering controller

Четвертый элемент «умного дома» — повышение комфорта, то есть автоматизация действий, которые человек обычно делает самостоятельно, — от автоматического включения света до управления кофемашиной благодаря смартфону и планшету. По данным экспертов, рынок оборудования для домашней автоматизации и связанных с ним smart-устройств класса Internet of Things (IoT) в прошлом году испытывал бурный рост. Явный показатель его перспективности — интерес со стороны IT-гигантов Google и Apple.

Но с точки зрения архитектуры, основная задача современного «умного дома» — не возможность управлять бытовой техникой на расстоянии, а стремиться к нулевым энергозатратам. Реализовывать это можно разными способами. Так, как это делает один из ведущих мировых архитекторов Бен Ван Беркель (бюро UNStudio) в своем недавнем проекте виллы W.I.N.D., где сочетаются автоматизация и комплексное управление всеми системами, или обойтись «начальным» уровнем — набором «умного дома» типа DIY (Do-It-Yourself) для самостоятельного монтажа.

Бюро UNStudio. Вилла W.I.N.D.Бюро UNStudio. Вилла W.I.N.D.

Деление между системами управления, которые может установить сам пользователь, и теми, которые требуют для своей установки/настройки профессионального инсталлятора, понемногу размываются. С одной стороны, DIY-системы становятся все более совершенными, с другой — профессионально устанавливаемые системы все больше упрощаются как в настройке, так и в использовании, имеют стильный дизайн и удобное меню. При этом они решают самые разные задачи, например, организацию климат-контроля в коттедже с зимнем садом.

Когда температурный комфорт и защита от ослепляющего солнца предполагает затенение окна, а обеспечение визуального комфорта и использование дневного света отсутствие препятствий для света, возникает дилемма, которую можно решить с помощью внешних солнцезащитных рафштор и универсальной системы управления WAREMA climatronic® Система управления оптимально подбирает угол поворота ламелей и высоту подъемы рафштор в зависимости от положения солнца, чтобы отсечь попадание прямых солнечных лучей в помещение и обеспечить приятный рассеянный свет. В ручном режиме это сделать невозможно.

Warema. Системы умного дома

Компактный датчик WAREMA Climatronic® измеряет яркость солнца, количество осадков, температуру, скорость и направление ветра для всех фасадов здания. На основе этих данных создается комфортный климат в соответствии с персональными требованиями. Программирование осуществляется на самом устройстве или на компьютере с помощью специального софта. В данном случае может запрограмировать управление до 7 тыс. приводных механизмов. Кроме того, WAREMA climatronic® дает возможность управлять всеми подключенными потребителями с помощью ручного радиопульта унифицированной радиосистемы управления WAREMA EWFS. Так, не вставая с дивана можно отдельно управлять солнцезащитным устройством, включать свет или установку искусственного климата, а вечером плавно приглушать освещение.

Есть инсталляции, в которых надо отрабатывать более сложные сценарии, включающие в себя не только световые сцены и климат-контроль, но и системы безопасности, и режимы энергоконтроля. Это область сложных проектов, создающихся по протоколу KNX. К слову, Warema работает и в этом направлении. Для передачи команд всем компонентам, которые управляют домом, нужна система, способная взаимодействовать с отдельными устройствами на одном «языке». Эту задачу выполняет шинная технология WAREMA KNX®.

Warema. Системы умного дома

Изображения © theneura.com, electronicsofthings.com, myblossom.com

archspeech.com

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о