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.

«Хозяин должен произносить команды ровным голосом, чётко и умеренно громко. Если с первого раза задача не выполнена, нужно спокойно повторить приказ, не переходя на повышенный тон».

Звучит, как пособие по дрессировке собак. На самом деле это руководство по управлению « ».

Все наши разумные и неразумные помощники нуждаются в руководстве, наставлении и командовании. Одним словом, в управлении. «Умный дом», интеллект которого пока далёк от человеческого представления об истинном разуме, тем не менее, способен обучаться и самообучаться.

По быстроте принятия простых решений он превосходит нас, своих создателей, в сотни тысяч раз. К тому же, не страдает склерозом. И не откладывает на завтра те дела, которые можно сделать сегодня.

Интеллектуальные системы управления зданиями умеют отслеживать параметры внешней и внутренней среды, распознавать ситуации с участием человека в реальном времени, осуществлять мониторинг инженерных систем. «Умный дом» в соответствии с заложенными в него алгоритмами реагирует на изменения, обеспечивая своим хозяевам комфортный микроклимат, .

Он должен выполнять все текущие пожелания обитателей дома и предугадывать будущие:

Испечь к завтраку горячие булочки и сварить кофе;
- показать новостную программу по телевизору;
- зарядить аккумулятор робота-пылесоса и отправить его наводить порядок, пока хозяев нет дома;
- вечером приготовить горячую ванну.

Продвинутый «умный дом» способен на многое, возможности зависят от заложенных в него оборудования, программного обеспечения и, само собой, средств.

Увы, домашний интеллект всё же не настолько умён, чтобы предугадать абсолютно все наши желания и нуждается в указаниях. Для этого используют ряд методов и управляющих устройств различного уровня.

Уровень первый

Ограниченное управление отдельными функциями без вмешательства в настройки алгоритмов и программную среду.

Инфракрасные, фотоэлектрические, лазерные, температурные, погодные и т. д. Это сенсоры, окончания «нервной системы» «умного дома». Часть из них реагирует на параметры среды и контролирует работу оборудования, многие наблюдают за людьми. Мы неосознанно и постоянно участвуем в управлении, просто находясь или отсутствуя в определённых точках здания.

Выключатели, переключатели, регуляторы, и всякие прочие кнопки на стенах. Нас не всегда устраивают алгоритмы, по которым наш «дом» действует. Например, маловат уровень в данный момент. Увеличиваем яркость на диммере вручную. В соответствии с заданной программой опущены в тёмное время суток роллеты, жалюзи и шторы, но мы хотим полюбоваться на полную луну и звёзды. Нажимаем кнопку выключателя, открываем обзор ясного ночного неба.

Правда, элементы ручного ограниченного управления всё же могут участвовать в перенастройке системы. К примеру, точно установив выключателями и диммерами уровни освещения в комнате, мы можем затем внести эти параметры в память и использовать как одну из стандартных картин освещения.

Уровень второй

Управление подсистемами с возможностью настройки их алгоритмов.

Панели управления подсистемами . Например, панели управления , централизованное управление роллетами. Мы можем включать и выключать отдельные режимы, изменять настройки в пределах конкретной инженерной функции. С панели отопления нельзя включить кондиционер.

Пульты управления подсистемами . К примеру, пульт управления домашним кинотеатром или . Умеет много, но только в пределах своей функции.

Уровень третий

Управление всем «умным домом», настройка алгоритмов без возможности вмешательства в программу.

Стационарные универсальные панели управления . Кнопочные уже не актуальны, сенсорные, с большим и красивым ЖКИ-экраном, удобнее. Место расположения выбирается произвольно, обычно это коридор, кухня и прочие часто посещаемые места. С универсальной панели хозяева получают доступ ко всем без исключения системам, могут изменять настройки и вмешиваться в алгоритмы работы.

Переносные универсальные панели управления . Практически полный аналог стационарных, разве что экран поменьше. Те же возможности, связь по радиочастотам, в инфракрасном диапазоне, Wi-Fi.

Обычно располагают в тех местах, где есть необходимость в одном или нескольких пультах ДУ. К примеру, возле телевизора, в гостиной. В этом случае универсальный пульт заменит «ленивчики» телевизора, DVD-плеера, тюнера, кондиционера. Позволит, не вставая с дивана, посмотреть, кто нажал кнопку домофона, посмотреть последнее сообщение электронной почты, воспользоваться органайзером и многое другое.

Единственный недостаток переносной панели по сравнению со стационарной - её можно куда-нибудь засунуть и потом долго искать.

Компьютер или ноутбук . Любой ПК, подключенный к домашней локальной сети через стандартный интерфейс, в том числе беспроводным способом, может выполнять те же функции, что и универсальные панели управления.

Смартфон, планшет . Портативные устройства, на которые установлена любая из операционных систем, также дают доступ к управлению.

Голосовое управление . «…произносить команды ровным голосом, чётко и умеренно громко.» Пока что поболтать на отвлечённые темы с собственным домом не выйдет. Может, это и к лучшему. Кто читал или смотрел «Космическую Одиссею» сэра Артура Кларка и Стэнли Кубрика, знает, к чему могут привести долгие беседы человека и искусственного интеллекта.

Тем не менее, в части вербального общения наш дом обладает смышлёностью шимпанзе и в состоянии запомнить и выполнять пару сотен голосовых команд. Главное, нам самим не запутаться.

Дистанционное управление . Нас нет дома. Допустим, мы на Багамах, нежимся на белоснежном песке на берегу лазурного моря. Или уже три часа после долгого и тяжёлого трудового дня стоим в автомобильной пробке, вдыхая ядовитые бензиновые испарения и теряя остатки душевного равновесия.

В это время сборная России по футболу храбро сражается с опытной и опасной командой из Лихтенштейна. Достаём iPod, планшет или ноутбук, подключаемся к сети, входим в специальную «умную» программу, далее в меню интерактивного телевидения, даём команду «записать». Доберёмся до дома - посмотрим. Заодно велим прогреть сауну, сегодня пятница.

Отдельные команды можно дистанционно передавать и SMS установленными кодами, а также через голосовые сообщения.

Уровень четвёртый

Доступ администратора.

Полный доступ . Его имеет только администратор. Это не устройство, а человек, один или несколько. Осуществляется с центрального компьютера «умного дома», при разрешении - с любого ПК, подключенного к локальной сети или интернет. Нужно лишь знать волшебное слово, пароль.

Может быть установлено и ограничение отдельных возможностей для разных администраторов. Зачастую полный или ограниченный четвёртый уровень имеют не только хозяева, но и инженеры компании, обслуживающей «умный дом». Им он, кстати, нужнее. Администратор имеет право вмешиваться непосредственно в аппаратно-программную среду системы управления зданием.

Большой «умный дом»

Принципы интеллектуального управления инженерными системами крупного здания, будь то офисный комплекс, аэропорт, гипермаркет, атомная электростанция или разведуправление, подчиняются тем же законам, что и небольшая «умная» квартира.

Отличие только в масштабах системы, значительном числе подсистем, более высоких требованиях к безопасности. Соответственно, жёстче ограничения на доступ ко всем уровням управления, начиная со второго. Для подтверждения доступа используют электронные и дактилоключи, прочие биометрические устройства, реже анализаторы голоса.

Экология потребления.Наука и техника:Система управления умным домом представляет собой комплекс аппаратно-программных средств, предназначенный для выполнения основных функций.

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.

Существенно упростит быт стиральная машина со SmartManager - вы можете запустить стирку своих вещей удаленно и когда угодно. С любыми неполадками техники справится мастер по ремонту стиральных машин.

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.

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.

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.

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.

Человек всегда стремится к усовершенствованию и модернизации своего жилища. Именно разработка системы «умный дом» даёт возможность максимально автоматизировать все возможные процессы, происходящие в нём. За счёт этого достигается комфорт и безопасность квартиры или дома. То есть, умный дом - это многофункциональное комплексное устройство систем управления, которое может работать как в автономном (полностью автоматическом режиме), так и в ручном. Последнее время этот комплекс устройств стал всё более популярен, хоть и стоит достаточно дорого. Сердцем любого умного дома является так называемый контроллер, который и превращает весь этот сложный механизм в уникальную сеть и именно он отличает её от обычной автоматики на основе электронных устройств.

Из чего состоит умный дом

На сегодняшний день существует множество модификаций и конфигураций системой управления умным домом, это зависит от того:

• Каких целей хочет достичь хозяин жилья;
• Материальных возможностей;
• Размеров и функциональности дома.

В любом случае основными составляющими системы являются:

1. Контроллер выполняет роль руководствующего и регулирующего механизма между модуляторами ввода и вывода. То есть основной соединительной частью между управляющим человеком и нужным процессом;
2. Системы расширения связи, включает в себя всевозможные роутеры, коммутаторы, GPS/GPRS модули;
3. Приборы коммутации электрической цепи с их помощью происходит включение или выключение нужного механизма или устройства. Это реле, блоки питания, различные диммеры;
4. Датчики и сенсоры, а также измерительные приборы разного направления. Они могут измерять движение, температуру, насыщенность света, влажность и т. д.;
5. Элементы, за счёт которых, происходит непосредственное управление всей системой или её частями;
6. Механизмы, приводящие в исполнение сигнал от контроллера, то есть превращающие электрический сигнал в соответствующий выбранному устройству. Это двигатели вентиляции, роллеты, клапаны подачи воды, осветительные приборы, обогревательные элементы и т. д.

Что собой представляет контроллер для управления

Сердце этой системы контроллер не только руководит всеми потребителями и приборами входящими в систему умного дома, но ещё и высылает отчёт хозяину о том в каком состоянии той или иной прибор в данный момент. Он может быть запрограммирован на выполнение различных действий в нужный промежуток времени или же по утверждённому графику включения. Вся система умного дома может работать в автономном режиме, то есть без участия человека, связь с ней происходит несколькими способами через:

• Компьютерную сеть;
• Мобильный телефон;
• По радиопередатчику.

Выбор контроллера нужно выполнять в зависимости от архитектуры системы управления. То есть весь комплекс может быть:

Принцип работы контроллера

Основный принцип работы всей системы интеллектуального дома базируется на автоматизации и контроле всех процессов, происходящих в нём. Первоначально всё управление настраивается на самостоятельные включение и отключение тех или иных механизмов, упрощающих жизнь человека в доме. Контроллер умного дома может выполнять и контролировать задачи которые заложены у него в программе или же ранее были выставлены пользователем. При этом обязательна обратная связь между человеком управляющим домом и контроллером. Все системы, завязанные на работе с контроллером имею один или группу датчиков, и поэтому пользователю остаётся выбрать только режим их срабатывания, или же попросту отключить их автоматическую работу. А вот насколько полезна вся информация, подающаяся с контролера, это уже вопрос. Так как часть их может быть неинтересна обычному обывателю, не вникающему в подробности работы системы. Поэтому во время настройки и установки всей системы умного дома, хозяин должен решить насколько он будет автоматизирован. Так как, например, не всем нужно знать давление воды в магистрали холодной воды, или же напряжение в сети.

Типы связи систем

Связь для управления этой довольно сложной системой является немаловажным компонентом. Существует несколько основных типов связи:

• Беспроводная локальная. Этот тип связи имеет ограниченный радиус действия и производится с помощью радиосигнала, Wi-Fi, или же в крайнем случае Bluetooth. Управление осуществляется с любой точки помещения или даже придомовой территории. Однако, если дом многоэтажный и ещё выполнен из материала, который выполняет экранирующую функцию (обшитый железом или даже состоит бетонных плит с арматурной увязкой), то устанавливаются специальные, усиливающие беспроводной сигнал, приборы или же дополнительные радиоточки;
• Удалённая беспроводная связь. Она возможна при условии подключения контроллера умного дома к глобальным сетям или системам расширения связи, которые обеспечивают постоянный доступ к ним. Это такие сети, как GSM/GPRS, любой мобильны интернет. То есть, даже если отсутствует интернет можно отправить или получит смс на телефон о состоянии той или иной системы управляемой контроллером. Основные устройства связи это телефон (смартфон), планшет или ноутбук.
• Проводной локальный. Это один из устаревших и выходящих из обихода способов, но всё же обладающих хорошей надёжностью. Связь происходит по кабелю, витой паре или электрической проводке. Любой центральный или региональный контроллер умного дома имеет такое подключение. Расширение связи и функции происходит с помощью коммутатора, который создаёт несколько ответвлений. Управление осуществляется путём нажатия кнопок на панели управления, она может быть сенсорной или же механической. Но иногда и через компьютер можно выполнять соединение, но это не совсем удобно теряется мобильность в управлении.
• Проводной удаленный способ. Это довольно дорогой способ, так как подразумевает прокладку большого количества кабельной продукции. И чем дальше будет расположен блок управления тем проблемнее его связь с контроллером. Чаще всего такой метод связи применяется не для частных а для государственных организаций и структур для управления несложными процессами корпусов зданий и близлежащей территории. Для домашнего пользования применяется крайне редко.

То есть устройства, за счёт которых, и происходит непосредственное управление чаще всего идут в комплекте. Представляют они из себя графические панели управления с кнопочным или сенсорным воздействием, также это могут быть пульты дистанционного управления, настроенные на радиочастоту передатчика. Такие приборы управления, как мобильные телефоны, компьютеры или планшеты, естественно, приобретаются отдельно. Связь через них и управление происходит при помощи специально разработанного программного управления, которое и обеспечивает удалённый доступ при помощи интернета.

Основные варианты конфигураций

Постоянно, стремясь к совершенству и автоматизации, человек изобретает всё новые и новые механизмы для этого. Также это стремление направлено и на уменьшение габаритов устройств без потерь их функциональных особенностей.

Для контроллера управляющего механизмами так и для всей системы умный дом есть основные требования это:

1. автоматизм;
2. самоконтроль;
3. чёткость управления, без совершения ошибок.

Варианты конфигурации любой такой системы зависят от многих факторов, о который уже говорилось выше, вот варианты систем которое могут подключаться к контроллеру:

1. Регулировка и управление освещением как в самом помещении, так и на придомовой территории, и в местах архитектурных сооружений;
2. Климатические установки (кондиционирование, вентиляция, обогрев);
3. Закрывание и блокировка дверей, ворот и окон;
4. Аудиосистемы, и телевидение, домашний кинотеатр;
5. Управление шторами, жалюзи и солнцезащитными роллетами;
6. Системой водоснабжения;
7. Кормление домашних животных и аквариумных рыбок.

То есть всё заключается в желании клиента и его материальных возможностей.

Распространённые марки контроллеров

Качество выполнения команд и функциональность любой системы интеллектуального дома напрямую зависит от контроллера и его производителя.

Овен

Этот контроллер для умного дома модификации ПЛК 100 является базовым решением. Особенностью которого можно выделить применение протокола Modbus. Именно он выполняет организацию обменом информации между каналами связи. Рассчитан контролер «Овен» для использования и создания автоматических систем жилых домов и коттеджей с этажностью не более двух, уличного освещения, обогрева напольного, и устройств сигнализации. Логический контроллер связан с панелью оператора и аппаратом ввода-вывода через интерфейс RS-485. Программирование происходит самим владельцем, если, конечно, у него есть такое желание. Меню состоит из шести информативных блоков управления, каждый из которых отвечает за определённый сегмент. Есть функция отправки СМС с помощью элемента GSM-контроллера. Оповещение происходит в случае аварийных ситуаций энергоснабжением или неисправности питающих контуров отдельных ключевых элементов системы «умный дом».

VeraEdge

Модель семейства Vera отличается большим запасом доверия пользователей, из-за применения их аппаратуры в данной отрасли уже многие годы. Основные преимущества данной модели это:

• Высокая производительность;
• Эргономика;
• Компактность;
• Надёжность.

Разработчики применили здесь новую платформу, дающую высокие показатели производительности под названием SoC, её частота составляет 600 МГц, а оперативная память увеличена до 128 Мб. Основное нововведение реализовано на чипе Z-Wave Plus являющимся пятым поколением данных микросхем. Пользователь одновременно может контролировать и управлять механизмами количество которых доведено до 200 устройств. Оборудован контроллер VeraEdge модулем связи через Wi-Fi. Одним из недостатков которые всё же имеются в любой системе можно считать отсутствие интегрированного блока бесперебойного питания, который можно докупить и установить дополнительно.

Arduino

Контролер Arduino предлагает довольно необычное, но довольно логичное решение для управления «умным домом». Некоторые умельцы с лёгкость выполняют подключение и установку своими руками, это возможно из-за простоты работы с ним. Логический контроллер имеет очень небольшие габариты. И также в комплекте есть датчики, сенсоры, а также всевозможные индикаторы. Разработчикам почти удалось довести оптимизацию устройства до совершенства. Все датчики имеет беспроводную связь и отличаются минимальными погрешностями в работе, а для управления служат блоки которые отличаются необычным внешним видом, с удобной и уникальной веб-страницей. Она же доступна и в качестве мобильного приложения.

Siemens

Эти системы немецкого качества применяются не только для автоматизации систем в быту, но и на производстве, в промышленности. Контроллер этой компании выражен линейкой LOGO, участвующей в создании «умного дома». Это традиционная двухкомпонентная модель. Один, из которых, выполнен в виде клавиатуры с дисплеем и являющийся системой ввода-вывода, а второй позволяет выполнять манипуляции и подключение к контролеру через удобный и надежный проводной интерфейс. Компания предлагает также самостоятельную разработку определённых режимов в работе, для чего прилагается специальная программа Soft Comfort. Когда LOGO используется как центральный контроллер, то с помощью него можно создавать целые алгоритмы работы схем. Постоянно новые введения и модификация повышают эксплуатационные качества этого аппарата.

Положительные и отрицательные стороны контроллеров

Бесспорное достоинство применения контролеров для управления домом или помещением направлено на эффективное решение разнообразных задач, а также на воспроизведение интеллектуальных способностей, казалось бы, у самых простых и элементарных механизмов. Домовладельцы реально избавляются от многих рутинных действий. Однако как и у каждой системы существуют обязательно недостатки. К ним стоит отнести:

1. сложность подключения и введение в работу;
2. дорогостоящее обслуживание и стоимость всех элементов системы.

Однако развитие и технологии не стоят на месте и когда-то системой «умный дом» будет оборудован каждый дом или дачный участок, как буквально столетие назад не знал человек об электричестве, а теперь оно существует в каждом доме.

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

Возможное модульное наполнение современной системы «умный дом»:

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

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

Управление

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

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

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

Климат

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

Освещение

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

Охрана и безопасность

Комплекс охранных средств может состоять из нескольких подсистем:

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

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

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

Учет и обработка данных

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

Связь

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

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

Видео по теме