Составляющие элементы системы умный дом, их назначение и принцип работы. Умный дом - что могут современные системы автоматизации

Управление умным домом с компьютера

3.3 (66.67%) 3 votes

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

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

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

Управление домом с компьютера

Преимущества и недостатки

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

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

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

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

Технологии управления

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

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

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

Технологии управления умным домом с компьютера

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

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

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

Что представляет собой управляющий контроллер?

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

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

Составные части контроллера

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

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

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

Какие задачи выполняет контроллер?

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

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

Принцип работы устройства

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

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

Контроллер «Овен»

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

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

Контроллер Vera

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

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

Контроллер Arduino

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

Контроллеры Siemens

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

Плюсы и минусы контроллеров для «умного дома»

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

Заключение

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

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:

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.
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:

Порт для перепрошивки (стандартный USB).
Кнопка аппаратного сброса.
Сигнал опорного напряжения.
Контакты для цифровых сигналов.
Сигнал ТХ.
Сигнал РХ.
Порт для подключения внешнего программатора.
Контакты для аналоговых сигналов.
Подключение внешнего питания.
+5 В.
+3,3 В.
Сигнал сброса.
Разъем для источника питания.
Микроконтроллер.

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

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

Оболочка для программирования Ардуино

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

Примеры плат расширения и датчиков

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

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

Подключение сетевого модуля к Ардуино

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

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

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

Обозначения:

GND на базовой плате.
К цифровому выходу, например, D
Питание от сети 220 В.
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:

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

Цифровой выход, подключается к любому соответствующему разъему на базовой плате МК. Сигнализирует о влажности, соответствующей порогу срабатывания.
Аналоговый выход, информирует о текущей влажности.
Питание +5 В.
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.

Вы слышали? Говорят, искусственный интеллект уже создан! И занимается это чудо света… Нет, не предсказанием землетрясений. И даже не прогнозированием погоды. Первый в мире AI по имени Джарвис (как у Железного Человека) «работает» домоуправителем у некоего Марка Цукерберга. И хотя мне кажется, что настоящему AI можно было бы подыскать более достойное занятие, чем уход за Цукербергом, сделать свой дом «умным» сегодня может не только создатель Facebook. Я протестировал несколько устройств для «умного дома» компании Rubetek, и должен сказать, что для меня, как и для Марка Цукерберга, будущее уже наступило.

Что умеет «умный дом» Rubetek

«Умный дом» - это система, избавляющая человека от ежедневных рутинных действий и осведомляющая обо всех событиях, происходящих у него дома. Если в ваше отсутствие в дом заходят непрошеные гости, открываются окна, шкафы и двери, происходит задымление, протечка воды или утечка газа, по каждому случаю вы тут же получаете уведомление и бежите срочно устранять проблему. А при помощи голосовых команд вы можете включать и выключать «умные» реле и розетки, ставить дом на охрану, узнавать уровень температуры, влажности и освещенности в помещении и т. п. Даже если вам не нужен столь продвинутый мониторинг постоянно, согласитесь, хотя бы на время отпуска не помешает быть уверенным, что вы никого не затопили и что к вам в квартиру не забрались воры.

Компания Rubetek выпускает множество устройств для «умного дома», которые можно собрать из отдельных устройств, а можно купить в уже готовых наборах.

Установка и настройка

«Центр управления» (для краткости будем называть его ЦУ) - это похожее на Wi-Fi роутер устройство, общаться с которым можно с телефона или планшета (Android или iOS), после того как вы установите его приложение. Для компьютера подобного приложения или веб-интерфейса, к сожалению, не предусмотрено, но зато доступ к управлению ЦУ можно дать и другим членам семьи, установив на их смартфоны это же приложение.

Далее следует этап интеграции ЦУ в домашней локальной сети - это можно сделать по Wi-Fi (поддерживается 802.11b/g/n, но только 2.4 ГГц), или же подключить ЦУ к роутеру напрямую, кабелем. Если же локальной сети нет (например, вы хотите обезопасить отдельно стоящий гараж), к ЦУ можно напрямую подключить 3G USB-модем, чтобы он сам вышел в интернет через сотовую сеть. Если следовать вполне понятной инструкции, никаких проблем возникнуть не должно - тут все предельно просто.

Создав в приложении Rubetek новый «Умный дом» (а их может быть несколько: гараж, квартира, дача и т. п.), начинаем подключение вспомогательных устройств - это могут быть домашние и уличные видеокамеры, видеодомофоны, умные розетки, датчики температуры, освещенности, дыма, утечки газа и протечки воды, а также реле управления жалюзи, шторами, рольставнями, теплым полом, бытовыми приборами или воротами.

Сначала надо снарядить все датчики свежими батарейками - в моем случае это были батарейки 23А для датчика протечек и «Крона» для газового и дымового. Дальше нужно «подружить» датчики с ЦУ. Один из способов - прямо из приложения Rubetek отсканировать QR-код с каждого датчика, нажав кнопку «+» в разделе «Устройства».

Наконец, необходимо убедиться в работоспособности всех датчиков. Для этого надо нажать или нажать и подержать пару секунд кнопку «Тест» на каждом из них, за исключением датчика протечек - там придется приложить влажный палец к чувствительным пластинам. Проверить датчики нужно и рядом с ЦУ, и прямо на месте их установки, чтобы убедиться, что дальности действия датчиков хватит, чтобы «добить» до ЦУ. Имеющиеся у нас датчики работают по стандарту RF 433 МГц, и радиус их действия, как выяснилось, достаточно широк и заметно превосходит (благодаря низкой радиочастоте) радиус действия Wi-Fi. Так, в трехкомнатной распашной квартире панельного дома удалось разнести ЦУ и датчики на максимально возможное расстояние, и связь через несколько железобетонных стен ни разу не пропадала. Впрочем, в сложной обстановке (например, если у соседей часто работают какие-то устройства на частоте 433 МГц), картина может быть другая, поэтому и необходима проверка.

Датчики RF 433 МГц выдают радиосигнал только при срабатывании (в этот момент, если открыть в приложении свойства датчика, можно увидеть уровень сигнала), поэтому батарейки должно хватить надолго. Кроме того, ЦУ может работать еще и по стандарту Z-Wave (869 МГц), также используемому в некоторых датчиках (например, в «умных» розетках). Поддерживает ЦУ и Bluetooth.

Домашняя камера видеонаблюдения RV-3404, которая также была у меня в наличии, подключается к ЦУ по Wi-Fi и точно так же добавляется в мобильное приложение Rubetek. Но и без ЦУ камеру можно полноценно использовать, записывая видео на карту MicroSD. ЦУ необходим, если вы хотите записывать видео в «облако».

Теперь, когда все устройства добавлены, можно пробежаться по их свойствам в приложении и что-то настроить под свои вкусы. Например, в свойствах ЦУ можно указать номера телефонов, на которые должны отправляться SMS о срабатывании датчиков. Это крайне желательно сделать, так как Push-уведомления приходят на смартфон только при наличии мобильного интернета, а SMS почти всегда доходит мгновенно.

Удобство и функционал

Итак, все датчики подключены и подвешены в нужных местах квартиры. Газа - на кухне, дыма - в коридоре, протечек - в ванной. Камера направлена на входную дверь. Датчики проверены - до ЦУ их сигнал проходит без проблем, на воду, газ и дым они тоже реагируют исправно (да, пришлось подымить сигаретой и даже открыть конфорку). Некоторые еще и выдают весьма громкую сирену. То есть, «Умный дом» заработал. Теперь в случае срабатывания тревоги вы сразу же получите на свой смартфон Push-уведомление и SMS. Можно ехать в отпуск.

Но, разумеется, функционал системы от Rubetek этим не ограничивается. В мобильном приложении предусмотрен режим «Охрана» и возможность создания сценариев. Например, если у вас есть датчик открытия дверей, активировать его, когда вы дома, нет смысла, так же как и датчик движения на камере. Для этого предусмотрен режим «Охрана». Оставляете дом пустым - одним нажатием кнопки на смартфоне или даже голосовой командой включаете полный режим защиты. Теперь и в случае открытия входной двери или, скажем, сейфа, вы получите уведомление.

Сценарии же предназначены для другого - в первую очередь для создания комфорта. Смысл в них также появляется в случае дальнейшего апгрейда «мозгов» вашего жилища. Например. Ставим «умное» реле на ворота гаража и несколько «умных» розеток. Теперь, подъезжая к дому, достаточно подать голосовую команду, чтобы автоматически открылся гараж, зажегся свет во дворе, в гараже и в доме, был отключен режим охраны и включился кондиционер. Поставили машину - еще одна команда, чтобы закрыть гараж и выключить свет, где он уже не нужен. Все ограничивается только фантазией и наличным списком «умных» девайсов.

Совместимость

Еще один важнейший плюс системы от Rubetek в том, что она открыта для подключения устройств других производителей (список совместимости весьма приличный: https://rubetek.com/compatible-devices), а ЦУ совместим с Apple HomeKit. Правда, дешевые устройства на RF 433 МГц от других производителей вряд ли получится использовать из-за отсутствия единого стандарта. Так что лучше всего сразу ориентироваться на Z-Wave.

Ограничения

Пару слов надо сказать об ограничениях данной системы, которая все-таки является бытовой. В первую очередь это температурный режим. Учтите, что ставить ЦУ в помещении, где температура опускается ниже нуля, нельзя: рабочая температура +5 ºС.+40 ºС. Примерно такой же диапазон и у других устройств (датчик газа, правда, от -10 работает). Еще один важный момент: датчики RF 433 МГц надо время от времени проверять на работоспособность, так как вечных батареек пока не придумали, (в более продвинутых устройствах Z-Wave возможен удаленный опрос статуса).

Резюме

Впрочем, плюсы системы, на мой взгляд, явно перевешивают все ограничения. Главный из них - ее доступность. Для установки «умного дома» Rubetek и его использования не только специалист не нужен, но даже знание английского языка не требуется - все и везде только на русском. Система, однажды установленная (на что уходит минут 30), не требует никакой абонентской платы. Установка не требует никакой прокладки проводов, переоборудования жилища или тому подобных работ - с ней справится любой человек, более-менее разбирающийся в технике. Да и обслуживание, по сути, не нужно - разве что, пыль с камеры вытирать. Правда, высок риск войти во вкус: удержаться от апгрейда системы будет крайне сложно. А там, глядишь, и настоящие AI дозреют…

Справочная статья, основанная на экспертном мнении автора.

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.