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

Умный дом – что это

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

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

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

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

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

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

Видео: система Schneider Electric умного дома

Элементы умного дома

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

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

Освещение

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

Аудио-визуальная

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

Как сделать умный дом

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Пользователи сайт хорошо знают, что от надёжной и бесперебойной работы всех инженерных систем жилого дома во многом зависит комфортность проживания за городом. Взять на себя управление коттеджем, избавив его владельца от решения рутинных вопросов может система «Умный дом». В нашей статье мы собрали ответы экспертов на самые распространённые вопросы о ней.

Из нашей статьи вы узнаете:

• Что такое «Умный дом»;
• Какую систему можно считать «Умным домом»;
• Какие возможности она предоставляет своему владельцу;
• На какой технологии она основана;
• Какие требования предъявляются к электросетям для ее установки. Как осуществляется управление освещением;
• Как обеспечивается надёжность и безопасность работы;
• Какая выгода ее от использования.

Автоматизация управления

Чтобы понять, что такое «Умный дом» и как это работает, можно прочитать описание этого понятия в Википедии, а лучше разобраться в предназначении данной технологии вместе с нашими экспертами.

Вот какое определение дает руководитель компании «Умная дача» Илья Ковальчук :

– «Умный дом» – это система, построенная на базе высокотехнологичного оборудования. Основное ее предназначение – автоматизация операций по управлению различными инженерными системами в коттедже.

Она обеспечивает комфорт, безопасность, ресурсосбережение и может «взять» на себя рутинные операции, освободив от этих действий хозяев коттеджа.

А вот какое определение дает директор по развитию компании Luxury Systems Екатерина Королёва :

– «Умный дом» это система централизованного управления электроприборами и инженерным оборудованием. А режимы работы одних узлов, так или иначе, зависят от работы других.

Таким образом, технология "Умный дом" предусматривает комплексный подход.

Вот определение руководителя отдела систем электроснабжения компании GWD Engineering Илья Марков:

– Под этим термином обычно понимают интеграцию систем, оборудования и узлов в единую интеллектуальную систему управления коттеджем.

А именно:

• управления и связи;
• отопления, вентиляции и кондиционирования;
• освещения;
• электропитания здания;
• безопасности и мониторинга.

Контроль над работой всех систем может осуществляться дистанционно – при помощи мобильного телефона, планшета или через Интернет.

Генеральный директор компании Alef Elektro (г. Москва) Андрей Назаренко :

– Лучше всего это иллюстрируется следующим примером: с помощью мобильного телефона или планшета вы можете:

• включить вечернюю световую сцену в жилой комнате;
• поставить на таймере закрытие форточки через определённый промежуток времени, чтобы не замёрзнуть под утро;
• переключить каналы ТВ или выбрать фильм с сервера;
• проверить состояние всех систем безопасности.

То же самое можно сделать посредством специального пульта управления – кнопочного или сенсорного.

Илья Марков:

– Можно сказать, что «Умный дом» базируется на трёх основных принципах:

• обеспечение комфорта;
• обеспечение безопасности;
• обеспечение энергоэффективности.

Екатерина Королёва :

– Существует две разновидности систем:

1. Проводные.
2. Беспроводные.

В жилом доме стоит защита от протечки воды и датчик задымления, который посылает СМС. Это две разные системы, и каждая из них отвечает за свой узкий круг обязанностей.

Екатерина Королёва :

– Назвать это «Умным домом» нельзя, так как управлять этими датчиками с единого окна интерфейса системы невозможно. У каждого из этих устройств – собственные параметры и настройки, и работают они независимо друг от друга. А«Умный дом» обеспечивает полную координацию и управление всего инженерного и электрического оборудования.

Технологией управляет интеллектуальная программа, причём её работа адаптируется под конкретный коттедж и предпочтения владельца. Для наглядности вся доступная информация о её работе отображается на сенсорном дисплее, расположенном на стене. Благодаря интуитивно понятному интерфейсу, названиям команд и поясняющим изображениям, управление системой «Умный дом» напоминает работу на электронном планшете.

Минимальный набор оборудования

По мнению Ильи Ковальчука, минимальный набор оборудования, в первую очередь, должен обеспечить безопасность, возможность удалённого мониторинга коттеджа при помощи видеонаблюдения или датчиков сигнализации и движения, а также возможность управления отоплением. Таким образом, технология убережёт от краж и нештатных ситуаций.

Андрей Назаренко :

– Если система может самостоятельно изменить свой статус, то её можно считать умной.

Главным назначением технологии является повышение уровня комфорта проживания. Сюда входит и удобство управления: освещённостью помещения, минимизация пультов управления техникой, оптимальная работа всех инженерных систем коттеджа в целях экономии энергии.

Тёплые полы, которые отключаются на целый день, когда вы уходите на работу, и включаются за час до вашего возвращения, тем самым экономя энергию, можно назвать «умными» тёплыми полами.

Екатерина Королёва :

– Есть пакет минимальных функций, при котором система имеет право называться «Умным домом». В него входят две или более функции, которыми можно управлять с одного интерфейса:

• контроль протечки воды;
• охранно-пожарная сигнализация;
• контроль утечки газа;
• управление светом;
• управление климатом;
• голосовое оповещение.

Илья Ковальчук :

– «Умным домом» называют и простейшие системы мониторинга и управления: GSM-розетки, системы оповещения о внештатных ситуациях. По моему мнению, так можно называть любую схему управления или мониторинга, построенную на основе высокотехнологичного оборудования, которая приносит реальную пользу своему владельцу.

Современные технологии и материалы предоставляют возможность постепенного наращивания функционала, что позволяет начать с малого, а впоследствии создать сложную и многофункциональную систему автоматизации.

Илья Ковальчук :

– Одну управляемую розетку (в которую включён обогревательный прибор) «Умным домом» можно назвать с большой натяжкой, но кому-то она сможет реально облегчить жизнь, сэкономить расходы на электричество, помочь сделать свою жизнь более комфортной даже в квартире. В перспективе она может стать частью более сложной схемы.

Подобная гибкая настраиваемость позволяет воплощать в жизнь любые решения.

Екатерина Королёва :

– Возможности безграничны. Функционал может ограничить только фантазия. Проще говоря, все приборы, которые имеют кнопку «вкл.» или «выкл.» – можно автоматизировать.

Как это работает

Илья Ковальчук :

– В коттедже есть Интернет, установлен контроллер «Умного дома» и несколько датчиков температуры и движения. Даже такая минимальная система оповещает пользователя о вторжении в его жилье, направляя ему на телефон сигнал: СМС-уведомление. Также в систему входит контроль за температурой и влажностью в доме.

Далее, добавив розеточные модули (умные розетки или установив реле), появляется возможность автоматически – по графику или каким-то событиям, контролировать электрооборудование, управлять степенью освещения. В зависимости от температуры в помещении – включать и выключать отдельные отопительные приборы, кондиционеры, поддерживая комфортную атмосферу. Причём, при наличии многотарифного счётчика, а также в отсутствие хозяев таким образом можно сэкономить на электричестве.

Илья Ковальчук :

– Собираясь на дачу, можно заранее, через телефон, Интернет и т.д. установить комфортную температуру. Для безопасности, в любой момент к системе можно добавить противопожарные датчики, датчики протечки воды, утечки газа.

Впоследствии, по срабатыванию таких датчиков, можно организовать перекрытие воды и газа.

Расширять систему можно практически бесконечно.

При помощи «Умного дома» можно:

• открывать въездные ворота, рольставни, жалюзи;

• управлять светом;

Свет может зажигаться, реагируя на приближение людей, и отключаться при их удалении.

• управлять отопительными котлами и тёплыми полами, поддерживая оптимальную температуру;

• следить через камеры видеонаблюдения за коттеджем и территорией;

Картинка может в режиме реального времени передаваться на экран телефона, планшета или ноутбука.

• заменить все пульты дистанционного управления телевизоров и мультимедийных устройств;

• имитировать присутствие людей;

За счёт включения и отключения света, подъёма и опускания рольставней создаётся видимость жизнедеятельности, что может отпугнуть воров в случае долгого отсутствия хозяев.

• автоматизировать полив.

Всем этим можно управлять удалённо, с любых устройств, и получать любые уведомления о работе систем.

Особенности монтажа

Илья Ковальчук :

– Существует множество систем и протоколов, предназначенных для реализации «Умных домов». По сути, можно использовать любой протокол, предназначенный для автоматизации. От промышленного протокола RS-485 до обычного Wi- Fi.

В данный момент наиболее востребованы протоколы управления, предназначенные именно для домашней автоматизации и, по большей части, беспроводные, то есть не требующие прокладки большого количества проводов, глобальных изменений в электропроводке и т.п.

Базой для «Умного дома» может стать и обычный персональный компьютер, а многие контроллеры представляют собой устройства с операционными системами семейства Linux.

Андрей Назаренко :

– Оптимальный вариант построения «Умного дома» – когда все устройства обмениваются между собой данными по кабелю, используя протокол KNX.

KNX – это единый унифицированный международный стандарт обмена данных, предназначенный для автоматизированных систем управления.

Многие застройщики заранее закладывают кабель в стены. В будущем это обеспечивает возможность монтажа оборудования без дорогостоящих переделок уже готового интерьера.

Екатерина Королёва :

– Основное требование к оборудованию – это его надёжность. Также оборудование должно быть гибким для программирования, функциональным и иметь приемлемую стоимость.

Если вы планируете использовать у себя в коттедже систему «Умный дом», то о ней необходимо задуматься ещё при проектировании всех инженерных систем.

Процесс установки системы разбивается на следующие этапы:

• На этапе черновых работ производится закладка всех коммуникаций, в т.ч. – и проводов.
• На этапе завершения чистовых работ устанавливается все необходимое оборудование, датчики, шкафы автоматики, производиться их настройка и программирование системы.
• Далее идут пусконаладочные работы и сдача системы в эксплуатацию.

Оснастить системой «Умный дом» можно любое жилище используя оборудование, которое работает по радиоканалу. Но такое оборудование не даёт 100 % гарантии исполнения команды. А если хозяин захочет автоматизировать объект уже после ремонта, то можно все коммуникации спрятать в фальшпотолок или в пол.

Т.к. «Умный дом» зависит от электричества, особое внимание следует уделить монтажу электросети.

Илья Ковальчук :

– Все оборудование, необходимое для создания «Умных домов» предназначено для стандартных сетей в 220 В. Благодаря беспроводному оборудованию, «умным» можно сделать уже любой существующий коттедж, особо не переделывая его проводку, без ремонта и изменений в дизайне помещений и т.д.

Любое жилье начинается с безопасности, поэтому «умной» должна быть и его электрика. Важно всё – правильный расчёт сечения проводов, наличие УЗО или дифференциальных автоматов, заземления.

Илья Ковальчук :

– Учитывая, что «умная розетка» стоит не намного дороже обычной современной розетки, включая стоимость её установки, то, создавая «Умный дом» с нуля и заранее составив проект, стоимость автоматизации можно уменьшить, а экономия на электроэнергии быстро окупит это удорожание.

Разбираемя, не придется ли из-за энергопотребления системы «Умный дом» получать бешеные суммы счетов за электричество в конце месяца.

Илья Ковальчук :

– Одним из основных предназначений системы «Умный дом» является экономия энергоресурсов. Управляющее оборудование, датчики, исполнительные устройства – слаботочные и потребляют минимум электроэнергии.

В плане энергопотребления расходы – ничтожны, а экономия может быть многократной. Грамотно проведённая и надёжная электрика – это уже элемент «Умного дома». Системы «Умный дом» могут работать стабильнее многих других домовых электроприборов.

Любой из загородных жителей сталкивался с ситуацией отключения света, и не понятно, что делать в этом случае.

Екатерина Королёва :

– В случаях отключения света, система автоматически переходит в режим аварийной работы. Записываются показания со всех датчиков, и, когда электроэнергия будет подана в 100% объёме, всё возвращается в состояние «как до отключения».

Представим, что в коттедже отключили свет. В этом случае система «Умный дом» голосом оповестит вас о том, что произошло отключение. Если же дома никого нет, то система отправит СМС и сама позвонит пользователю на мобильный телефон. На аккумуляторах бесперебойного питания система продолжит работать и поддерживать основных потребителей электроэнергии: холодильник, систему отопления, аварийное освещение, системы безопасности. В случае продолжительного отсутствия электричества система автоматически запускает генератор.

Илья Ковальчук :

– Чтобы обеспечить работоспособность всех элиментов: интернета, видеонаблюдение, датчики и исполнительные устройства, достаточно хорошего компьютерного источника бесперебойного питания.

Т.к. все оборудование «Умного дома» относится к виду слаботочного, то мониторинг и обратная связь с ним в этом случае сохранится. Хозяин коттеджа узнает об отключении электроэнергии, неработающем отоплении, других внештатных и чрезвычайных ситуациях и т.п.

Учитывая особенности нашего энергоснабжения, желательно поставить стабилизаторы напряжения. Это необходимо для нормальной работы обычных электроприборов.

Системы энергоснабжения могут включать в себя бесперебойное электроснабжение на случаи отключения электроэнергии. Это могут быть как генераторы, с автозапуском и без, интегрированные в общую схему электрики или просто позволяющие эксплуатировать минимальное количество электроприборов. Также это могут быть более сложные и дорогие системы бесперебойного электроснабжения на базе инвертеров и аккумуляторов.

Такие системы обеспечивают все здание электроэнергией до суток и более.

От скачков напряжения, импульсных помех электроприборы и другое оборудование могут защитить дифференциальные автоматы, сетевые фильтры, устройства защитного отключения.

Илья Ковальчук :

– Для повышения автономии жилья можно разделить потребителей электроэнергии на две группы – важные (котельное оборудование, холодильник, сигнализация и т.п.) и второстепенные. В случае отключения электричества автоматика сама отключит часть менее значимых электроприборов, питая от генератора только самое важное электрооборудование.

Считаем выгоду

Каждый владелец загородного жилья хочет, чтобы все вложения в жилье отрабатывались на все 100 %. И для того, чтобы понять, как работает система «Умный дом» и как это может сэкономить средства, необходим комплексный подход.

Илья Ковальчук :

– Если в системы «Умного дома» включить управление отоплением, то окупиться система может за один отопительный сезон.

Окупаемость других систем – охраны, противопожарных датчиков, системы контроля протечек воды, утечки газа, заморозки труб – в таких случаях также очевидна.

Екатерина Королёва :

– Система окупит себя полностью в ту же минуту, когда предотвратит ЧС, пожар, затопление, утечку газа, проникновение посторонних на объект и т.д.

Также с помощью автоматики можно осуществлять удалённое наблюдение за жилищем находясь в отпуске, с возможностью управления приборами, светом, климатом с любого мобильного устройства или ПК.

Подведя итог статьи, можно сказать, что, используя "Умный дом » вы постоянно держите руку на пульсе работы вашего коттеджа.

Управление умным домом с компьютера

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

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

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

Управление домом с компьютера

Преимущества и недостатки

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

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

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

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

Технологии управления

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

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

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

Технологии управления умным домом с компьютера

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

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

Автоматизация все шире внедряется в повседневную жизнь современных людей. И если раньше вершиной прогресса можно было считать автоматизированное производство, то теперь даже быт, квартиру или частный дом, можно достаточно просто кардинально улучшить, привнеся туда концепцию «умный дом». Ведь сегодня системы «умный дом» призваны не только оптимизировать расходы на электроэнергию, но в первую очередь — сделать жизнь человека более комфортной. О возможностях современных систем «умный дом» и пойдет речь в нашей статье.

Объединить в одну систему домашний кинотеатр, управление освещением, водоснабжение, систему видеонаблюдения, контроль климата, электроснабжение и контроль доступа, газоснабжение и мультирум, - вот задача, которую решает сегодня система «умный дом». Давайте пройдемся последовательно по каждому из пунктов, рассмотрим, что же вообще могут современные системы автоматизации применительно к нашему быту.

Климат-контроль

Микроклимат общественных и жилых помещений сильно влияет на нашу работоспособность, да и на здоровье в целом. Условия воздушной среды в помещениях меняются в зависимости от режимов работы климатической техники. Отопительное и вентиляционное оборудование, осветительная техника, другие приборы, - все это в совокупности оказывает определенный суммарный эффект на человеческий организм, на самочувствие, на здоровье в конце концов. А техника становится все сложнее.

Автоматизированные системы позволяют не только оперативно контролировать и осуществлять управление всей этой техникой, но в конечном итоге заботятся о нашем здоровье. При помощи датчиков отслеживается текущее состояние воздуха в помещении, а посредством панелей управления происходит корректировка режимов работы кондиционеров и приточной вентиляции, и отопления. То есть климат настраивается автоматически под требования человека, которые задаются предварительными настройками.

Так климат-контроль позволяет следующее. Управление качеством воздуха в зависимости от погоды за окном и от времени суток. Своевременное проветривание помещений путем управления отоплением и открыванием окон.

Управление работой теплого пола. Поддержание оптимальных температуры и влажности индивидуально в каждом помещении. Например помещение для хранения продуктов требует своего особого климата, который отличается от климата в гостиной или на кухне и т. д.

Управление температурой, влажностью, интенсивностью притока свежего воздуха, системой очистки воздуха и озонированием. В каждой комнате условия должны быть своими, наиболее подходящими для каждого члена семьи, с учетом места в доме, где эта комната расположена: какая-то севернее, какая-то южнее, - и управление в каждом случае будет индивидуальным.

В детской недопустимы сквозняки, в спальне должно быть потеплее, в ванной комнате пол должен быть вовремя подогрет, и не нужно держать его теплым все время. То есть управление получается оптимальным, чтобы эффект энергосбережения также имел бы место.

Настройка варьируется в соответствии с образом жизни семьи или коллектива. В выходные дни подача тепла в рабочие помещения снижается или отключается.

Автономная система отопления загородного дома — наоборот включается на выходные. Котел дистанционно включается или переводится в экономичный режим и т. д. Все рационализируется для сочетания экономичности и комфорта жизнедеятельности. Это особенно касается водоснабжения, электроснабжения и теплоснабжения.

Развлечения

Уже давно никого не удивишь домашним кинотеатром. Но управлять из разных мест звуком и видео, а также стереосистемами, расположенными по всей квартире — эти функции как раз реализуются при помощи системы «умный дом».

Домашний кинотеатр подключается к автоматизированной системе, и весь комплекс мультимедийного оборудования вместе со вспомогательными устройствами гармонично интегрируется в квартиру. Источников звука и видео может быть несколько, и они могут быть многоканальными: акустические системы, ресиверы, плазменные панели, проекторы, - все управляется напрямую или дистанционно из любого места помещения.

Вы можете смотреть фильмы и передачи, слушать музыку во всех комнатах или только в нескольких, запрограммировать сценарий и активировать его одной кнопкой с сенсорной панели или с пульта. Программу сценария можно вписать в индивидуальные условия: жалюзи закрываются, свет гаснет или становится менее интенсивным, включается плазменная панель, выдвигается проектор, запускается плеер.

Программы сценариев можно редактировать, настраивать по времени для автоматического запуска, устанавливать сопутствующие настройки для просмотра кино, например включить кондиционер возле места где установлен домашний кинотеатр, если стоит жаркая погода.

Функция «мультирум» - это как раз та функция, которая позволяет слышать звук или смотреть видео в нескольких независимых зонах квартиры. Появляется возможность регулировать громкость из любой комнаты, в каждой из которых установлены кнопочные или сенсорные, настенные или настольные панели управления, а также имеются пульты дистанционного управления.

Что может быть более выразительным признаком интеллектуальности системы «умный дом», чем умное управление освещением? Освещение в «умном доме» является поистине разумным и поэтому экономичным. Ресурсы электроэнергии в квартире, в доме или в офисе используются максимально экономно, без ненужной расточительности.

Достоинство автоматизированной системы управления освещением в том, что она, опираясь на данные с датчиков внешнего и наружного освещения, а также на данные таймеров, позволяет включать и выключать свет нужной яркости и только там, где это действительно необходимо. К тому же открывают широкий простор для творчества. Кроме того доступна опция имитации присутствия хозяев.

Современная система «умный дом» является комплексом технологий комфорта, безопасности и экономичности. Стабильность обеспечивается интеграцией на случай отключения централизованного электроснабжения, чтобы электроника оставалась работоспособной всегда.

Аккумуляторные батареи и инверторы, зарядные устройства и жидкотопливные генераторы устанавливаются в систему и программно интегрируются. В момент отключения электроэнергии система автоматически перейдет на резервный источник, в крайнем случае от аккумуляторов останутся запитаны системы безопасности и наиболее важное оборудование.

Автоматизированная система обеспечения безопасности

Система «умный дом» включает в себя, как часть, охранно-пожарную сигнализацию и видеонаблюдение, чтобы как пребывание хозяев в доме, так и их отсутствие были бы безопасными и для дома и для самих хозяев. Здесь может быть установлен и видеодомофон и система охраны периметра для защиты от непрошеных гостей.

Что касается безопасности вообще, то система «умный дом» способна обеспечить: защиту от коротких замыканий в электропроводке, защиту от протечек воды, защиту от утечек газа, посредством срабатывания датчика дыма и включения системы автономного пожаротушения, автономное электроснабжение, сигнализацию, автоматический вызов спасательной службы.

Так, «умный дом» защитит себя и хозяев от любых опасных ситуаций, ведь в систему могут быть включены: автоматизированные ворота и двери, автоматические защитные ставни, система видеонаблюдения, охранная сигнализация, датчики присутствия, задымления, утечки газа и т.д.

Контроль доступа в помещение, видеонаблюдение за прилегающими территориями, включение прожекторов при проникновении через периметр — еще три плюса в копилку достоинств. Через интернет хозяин сможет удаленно получить картинку с любой из камер системы видеонаблюдения, сюда же можно отнести и функцию видеоняни.

Видеонаблюдение как таковое

Интеллектуальное видеонаблюдение — одна из главных составных частей современных «умных домов». Видеокамеры подключаются к интернету, и позволяют получить к себе доступ из любой точки земного шара.

Хозяин может быть за границей, при этом оперативно наблюдать любую из зон, и видеокамеры здесь могут быть управляемыми. Например управляемыми камерами обычно оснащают калитки, дворы, расположенные неподалеку постройки, площадки возле дверей квартир. Работа видеокамеры может быть сопряжена с датчиком движения, а сигналы могут подаваться на контрольный центр.

Интернет и спутниковые телевизионные сети, как основные источники информации, удобно интегрируются сегодня в системы «умный дом». Находясь внутри дома, хозяин может получать информацию, и направлять ее в различные помещения, на телевизоры и мониторы. Это касается и передачи информации, получаемой с систем видеонаблюдения. Благодаря функции «мультирум» открываются все эти возможности. Безусловно, через интернет возможно настроить при желании и удаленное управление.

Управление с мобильного телефона посредством прямых голосовых команд и по смс доступно сегодня для владельцев систем «умный дом». Вы можете также настроить переадресацию телефонных звонков и на свой мобильный телефон, если находитесь вне дома, даже будучи в другой стране.

В случае необходимости вы сможете впустить гостей в дом, просто послав соответствующую команду с мобильного телефона своей автоматизированной системе. Аналогичные возможности удобно реализуются и через интернет, достаточно будет найти Wi-Fi для смартфона или ноутбука.

Андрей Повный

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

Что такое система «Умный дом»?

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

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

Управление системой освещения, например:

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

Вариант функционального набора охранной системы:

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

Система климат-контроля:

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

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

Какие минусы имеет “Умный Дом”:

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

Как сделать дом «Умным»?

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

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

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

Кратко о платформе

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

Обозначение:

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

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

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

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

Примеры плат расширения и датчиков

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

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

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

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

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

Обозначения:

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

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

Датчики

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

Обозначения:

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

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

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

Обозначения:

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

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

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

Определение начальных условий

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

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

Задача: автоматизировать управление освещением, бойлером и системой вентиляции.

Поставим задачи для каждой из зон.

Тамбур

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

Прихожая

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

Туалет и ванная комната

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

Автоматизация кухни

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

Жилая комната

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

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

Особенности терморегуляции

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

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

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