Автоматизированная система «Умный дом»: общие сведения и типы комплексов

Умный дом – что могут современные системы автоматизации

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, охранно-пожарную сигнализацию, 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, теплого пола 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.

Управление освещением

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 световые сцены открывают широкий простор для творчества. Кроме того доступна опция имитации присутствия хозяев.

Управление потреблением электроэнергии

Современная система «умный дом» является комплексом технологий комфорта, безопасности и экономичности. Стабильность обеспечивается интеграцией источников бесперебойного питания 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, защиту от возгораний 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.

Телевидение, интернет и сотовая связь

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 звонков в домофон 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.

Что такое система умный дом и пример её реализации

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.

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

Удаленное управление системами освещения, охраны, видеонаблюдения и климат-контроля

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.

Читайте также:  В каких районах стоит покупать недвижимость в Испании: особенности процесса

Обозначение:

  1. Порт для перепрошивки (стандартный USB).
  2. Кнопка аппаратного сброса.
  3. Сигнал опорного напряжения.
  4. GND.
  5. Контакты для цифровых сигналов.
  6. Сигнал ТХ.
  7. Сигнал РХ.
  8. Порт для подключения внешнего программатора.
  9. Контакты для аналоговых сигналов.
  10. Подключение внешнего питания.
  11. GND.
  12. +5 В.
  13. +3,3 В.
  14. Сигнал сброса.
  15. Разъем для источника питания.
  16. 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.

Подключение GPRS/GSM модуля

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.

Подключение реле модуля SRD-5VDC-SL-C

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.

Внешний вид датчика движений HC-SR501 и его распиновка

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.

Пример подключения нескольких цифровых температурных датчиков

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.

Датчик FC-37

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. GND
  4. Питание +5 В.
  5. 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.

Виды умных домов: особенности систем и их производители

Система «Умный дом» — мечта каждого рационального и прагматичного человека. Единая сеть инженерных коммуникаций, управляемая с помощью мобильных устройств, позволяет не только максимально обезопасить жилище, но и подарить человеку больше свободного времени, ранее занимаемого различными бытовыми хлопотами.

Умный дом начинается с проекта, но есть модульные решения для локального подключения и беспроводные устройства

В достоинства системы входит и уменьшенное энергопотребление, что продлевает срок эксплуатации оборудования и на треть снижает сумму оплаты коммунальных услуг.

Цена вопроса

«Умный дом» — это комплекс инженерных решений, тесно взаимосвязанных друг с другом. Невозможно осуществить контроль за освещением, оставив без внимания управление отоплением, а систему пожарной безопасности не соединить с охранной сигнализацией.

Стоимость Умного дома складывается из количество автоматизируемых устройств и оборудования

Сколько стоит умный дом? Прежде чем подсчитывать будущие расходы, нужно грамотно составить проект будущей системы и выяснить, какое количество устройств понадобится для полного обслуживания жилья. Если предполагается использование самых минимальных средств, то такой дешевый умный дом обойдется примерно в 300.000 рублей. Более совершенная и функциональная система потребует серьезных вложений — до 1.500.000 рублей.

Оборудование

Оборудование подразделяется на два типа: инженерия и управление. К первому типу относятся все устройства, функционирующие за счет отданных им команд. Второй тип оборудования управляет инженерными коммуникациями первого типа. Работоспособность всех автоматических датчиков, блоков и контроллеров обеспечивается единой панелью управления, которая доступна только домовладельцу.

Комплект EasySmartBox-B2 — Умный дом в коробке

Большинство производителей умных домов — из Европы и США. Умные дома в России изготавливают компании Рубетек, Domintell, INSYTE и другие. Однако, сколько бы производителей не было на этом рынке, каждый из них предлагает свой подход к созданию систем автоматизаций.

Проводной тип

Главную роль в этой системе играет информационная шина (чаще всего это специальные кабели), которая связывает все управляющие устройства и передает их команды к инженерным устройствам. Такой умный дом очень надежен и имеет высокую скорость работы, однако требует немалых трудозатрат во время разработки проекта и установки оборудования.

Производством и внедрением данных систем занимаются компании Siemens, Schneder Electric, Creston, Beckhoff, Legrand и другие.

Беспроводной тип

Данная система не нуждается в проектировании и прокладки кабелей, поскольку все управляющие команды следуют по радиоканалам. Однако эта система очень чувствительна к качеству радиосвязи. Любые помехи, создаваемые бытовой техникой или радиотелефонами могут отрицательно сказаться на функционировании системы беспроводной автоматизации.

Комплект Умного дома Fibaro Starter Kit

Беспроводные системы производят компании Jung, Merten, Teleco, Delumo.

Централизованный тип

Преимущество системы централизации содержится в свободно программируемом центральном контролере, который позволяет использование любого желаемого оборудования и создание сценариев любой сложности. Таким образом, система может умнеть и совершенствоваться, все больше облегчая жизнь хозяина дома. Единый интерфейс значительно облегчает управление всеми устройствами. К тому же, централизованная система может быть проводной или беспроводной. Определенные минусы этого типа «умного дома» — высокая стоимость программирования контроллера и установки системы.

Сенсорные панели Creston TPS-6X и TPMC-3X

Известные поставщики такого оборудования — AMX, Vantage, Creston, Z wave, Beckhoff, Эктострой.

Децентрализованный тип

Одно из самых популярных решений при создании «умных домов» — децентрализация оборудования. У каждого устройства в такой системе имеется энергонезависимая память, заключенная в микропроцессор. В случае неисправности какого-либо устройства, общая работоспособность системы остается на прежнем уровне. Имеется возможность установки дополнительного логического блока, с помощью которого осуществляются необычные сценарии.

Пульт управления Gira

Разработкой подобных систем занимаются компании Berker, Gira, Lithoss, ABB, Lutron, HDL и другие.

Открытый протокол

Специальный язык, при помощи которого устройства общаются между собой. Основным протоколом является KNX — единый стандарт среди производителей устройств для автоматизации. KNX служит гарантом качества и позволяет подбирать оборудование, исходя из его дизайна, характеристик, стоимости и т.д.

Читайте также:  Кухня своими руками: дизайн, этапы процесса и материал

Закрытый протокол

Производители нередко выпускают автоматизированные системы с протоколом закрытого типа. Это позволяет облегчить труд программистов и сэкономить на изготовлении оборудования. Соответственно, стоимость «закрытых» систем более демократичная. Недостатком этого варианта является сам поставщик оборудования, устанавливающий свою монополию и не допускающий использования устройств от сторонних изготовителей.

Выключатели марки Vitrum Eikon Ev

Системы с закрытым протоколом производят компании Vimar BY-ME, HDL BUS PRO, Zennio и другие.

Умный дом: системы автоматизации жилых помещений и зданий

«Из нор в стене высыпали крохотные роботы-мыши. Во всех помещениях кишели маленькие суетливые уборщики из металла и резины. Они стукались о кресла, вертели своими щетинистыми роликами, ерошили ковровый ворс, тихо высасывая скрытые пылинки. Затем исчезли, словно неведомые пришельцы, юркнули в свои убежища. Их розовые электрические глазки потухли. Дом был чист».

Знакомые строки? Это отрывок из перевода рассказа «Будет ласковый дождь» американского писателя-фантаста Р. Брэдбери полувековой давности, в котором опустевший автоматизированный дом следит за чистотой и поддерживает установленный хозяевами график домашнего распорядка.

В 1950-е годы о подобных «интеллектуальных» домах можно было только мечтать или читать в научно-популярных журналах и книгах. Концептуальные разработки комфортного автоматического жилища, если и были, то назывались по-другому. До появления на публике термина «smart home» (умный дом) оставалось ещё около 20 лет.

Датчики движения, теплые полы, кондиционеры, вентиляционные системы и отопительные котлы исправно работали, но самостоятельно, не зная о существовании друг друга. Стоит ли говорить, что человек должен был сам заботиться о комфортности своего жилья. Если было открыто окно и включен кондиционер, то регулировать температуру и влажность приходилось вручную, сверяя показания уличного термометра с комнатным.

Умный дом… Технология?

О том, что дом может быть умным, массовое общество середины — второй половины 20 века также хорошо знало, как знали инженеры-разработчики черно-белых телевизоров, что впоследствии они выпустят цветные модели. Между тем, без общедоступных технологий и открытых стандартов, о хоть сколько-нибудь массовом и недорогом «умном доме» и речи ни шло.

Для сравнения, умный дом американского миллиардера-филантропа Билла Гейтса, спроектированный и построенный в конце 1980-х годов, обошелся известному предпринимателю в баснословные 63 млн долларов.

В 1975 году неразбериха со стандартами передачи данных для домашних систем начала сходить на нет. Публике был представлен протокол X10 — первый открытый промышленный стандарт передачи данных в системах домашней автоматизации. Он представлял собой коммуникационный протокол для электронных устройств, работавший на частоте 60 Гц и напряжении 110 В в обычной домашней электрической сети. Это несколько ограничивало рынок стран, на которых можно было использовать совместимые устройства. В Советском союзе они бы точно не заработали.

Будущему владельцу системы домашней автоматизации по стандарту X10 достаточно было приобрести нужные модули, вставить их в розетки и подключить к домашней сети через них бытовые электроприборы, чтобы свободно ими управлять. Конечно, на тот момент, внедрение рабочих модулей удаленного управления по модему или высокоскоростных центров управления с программируемыми сценариями произойти не могло.

Только в 1978 году на рынке появляются первые модули по стандарту X10: 16-и канальная командная консоль, модуль для управления лампой, модуль для управления электроприбором. В последствии появились модули выключатели и модуль таймер. По идее, именно 1978 год считается многими историками отправной точкой в истории домашней автоматизации и умных домов. В то же время, целью первых домашних систем автоматизации была именно автоматизация, а не создание сценариев управления инженерными коммуникациями и коммунальным хозяйством жилого дома.

Разумный дом

В начале 1990-х годов появились первые коммерчески успешные решения и молодой рынок систем домашней автоматизации наводнили многочисленные фирмы, предлагавшие различные типовые решения, что называется «под ключ». Такой всплеск был вызван появлением нового международного стандарта электронной системы 1992 года, регулировавшего выпуск оборудования для «умных домов», что делало возможным выпуск систем и отдельных продуктов силами практически любой коммерческой компании или фирмы.

Новые системы ушли от простой автоматизации света или бытовых приборов и предлагали сценарии, например, сценарий «сон», когда мощность бытовых ламп снижалась, электроприборы выключались, кроме самых важных, например, холодильника, а в спальне включался кондиционер, понижавший температуру до комфортного уровня.

Сценарий «охрана» срабатывал, когда хозяин покидал дом, и домашняя техника вкупе с световыми приборами начинала симулировать обычный распорядок дня жильцов, показывая потенциальным ворам и преступникам, что дом не пустой. В случае незаконного проникновения срабатывала сигнализация, которая могла не только оповестить округу сильным звуковым сигналом о факте взлома, но и включая все бытовые приборы и освещение, отпугнуть потенциального преступника.

К концу 1990-х годов ситуация на рынке улучшилась, т.к. покупатели получили возможность выбора между продуктами различных фирм и разных ценовых категорий.

Так в какой же момент системы домашней автоматизации стали называть «умными домами»?

На самом деле термин «умный дом», который так хорошо знаком нашим соотечественникам, является, своего рода, сборной солянкой значений из англоговорящего мира. В западном понимании есть несколько определений умного дома, в зависимости от формата, масштаба и цели использования: это home automatization, smart home и smart house. Каждый из них обозначает строго определенный сектор рынка.

Соответственно, home automatization — это системы домашней автоматизации; smart home — умные дома; smart house — умные здания. В русском языке «умный дом» вобрал в себя все выше перечисленные понятия и добавил новые. Например, системы мультирума (управление мультимедиа и домашним кинотеатром, музыкальным центром), которые на Западе строго к современному домашнему умному дому не относятся и зачастую представляют соизмеримые по сложности и стоимости с умными домами готовые решения.

Умный дом под ключ

«Умные дома» для россиян — это, прежде всего, компактные домашние решения, которые позволяют автоматизировать рутинные процессы в доме: включить и выключить свет; проверить состояние электроприборов, например, утюга, или холодильника; установить видео-няню, чтобы проследить за маленьким ребенком; отрегулировать работу систем климат-контроля (теплых полов, отопления, вентиляции, кондиционирования и др.); сделать все это удаленно, желательно с мобильного устройства, не из дома, а с работы, в дороге, или в другом городе, или даже за границей.

Сегодня нет необходимости задумываться — как сделать умный дом? Сейчас готовых решений такого уровня присутствует на рынке достаточное количество. Такое положение дел было вызвано техническим бумом 1990-х — начала 2000-х годов в странах Азиатско-Тихоокеанского региона, в основном, в Китае, Вьетнаме, Малайзии, которые смогли обеспечить массовый выпуск относительно дешевых в производстве и доступных на розничном рынке как микроконтроллеров, так и отдельных решений для систем автоматизации, умных домов.

Система «умный дом»

В мире большинство объектов коммерческой и жилой недвижимости оснащаются системами автоматизации или системами «умный дом», а в России этот процесс пока находится в зачаточном состоянии. Уже сейчас понятно, что автоматизация управления целым зданием дает множество плюсов, например, снижает расходы на обслуживающий персонал, повышает уровень комфорта для гостей, оптимизирует энергопотребление, водоснабжение и газоснабжение, сокращает наносимый вред экологии.

В России для автоматизации целых зданий применяется термин АЗУС (Автоматизированная Система Управления Зданием), но в массовом сознании распространения данная технология не получила, ведь среди простых граждан спрос на компьютеризацию целого жилого или производственного комплекса будет достаточно низок в силу запредельной стоимости решения.

Анализ систем автоматизированного управления умным домом

Рубрика: Технические науки

Статья просмотрена: 3654 раза

Библиографическое описание:

Ву, Тунг Занг. Анализ систем автоматизированного управления умным домом / Тунг Занг Ву. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2011. — № 4 (27). — Т. 1. — С. 28-31. — URL: https://moluch.ru/archive/27/2914/ (дата обращения: 22.05.2020).

В настоящее время в компьютерном и телекоммуникационном бизнесе существует понятие “интеллектуальное здание” (умный дом). Умный дом – это комплекс систем, интегрированных в единое информационное пространство, обеспечивающий максимальную безопасность людей и имущества, поддерживающий комфортные условия труда и отдыха, а также позволяющий увеличить эффективность функционирования служб при одновременном снижении эксплуатационных расходов.

Определение «умный дом», с нашей точки зрения, может быть применимо только к таким решениям автоматизации современных зданий, в которых все системы интегрированы в единый управляющий комплекс. Они способны не только функционально решать собственные задачи, но и дополнять друг друга, функционировать как части единой системы.

Существует много классов систем управления от разных производителей. Иногда, в пределах одной фирмы существуют насколько линеек систем управления в разных ценовых категориях, с различными возможностями. Если на одной системе можно автоматизировать целый город, то возможности других изначально проектировались только для одного частного дома или квартиры.

В настоящее время существуют разные подходы к системе управления домом:


BPT – система домашней автоматизации с распределённым интеллектом, использующая закрытый протокол передачи данных. Реализуется управление освещением, домашней автоматикой, кондиционированием, отоплением, инженерной и охранной сигнализацией, гомофонией;

LanDrive – платформа для построения шинных распределённых систем управления внутренним и уличным освещением, силовыми нагрузками, электроприборами, а также такими системами, как отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа и протечек воды;

C-Bus – протокол для домашней автоматизации, а также автоматизации зданий, спортивных сооружений и т. д. C-Bus – это система с распределённым интеллектом (без центрального процессора), использующая кабель 5-категории (Cat.5), длина которого в одном сегменте может составлять 1000 м. Таких сегментов в одну систему можно объединять до 255. Протокол C-Bus был создан Clipsal Integrated Systems для использования в системах домашней автоматизации и системах управления освещением зданий;

AMX – система домашней автоматизации одноимённой компании Централизованная. Протоколы закрытые. Изначально применялись собственные шины передачи данных. Новые линейки оборудования AMX используют для передачи стандартные протоколы Ethernet, Wi-Fi и Zigbee. Имеет шлюзы для сопряжения с другими системами (EIB, LON и др.);

X10 – протокол управления электроприборами. Сигнал передается по электрическим проводам либо в радиодиапазоне.

На сегодняшний день из всего многообразия представленных на рынке умных систем управления, можно выделить несколько систем, являющимися типичными представителями в своем классе[1]:


смешанные (псевдодецентрализованные): Х-10.

Система управления домом Crestron

Crestron – это централизованная система управления. Обычно она строится на основе применения широкого спектра управляющих центральных контроллеров и множества исполнительно-командных блоков. Управляющие контроллеры Crestron обладают большим набором встроенных возможностей, высокой производительностью и достаточной гибкостью.

Отличительные качества систем управления Crestron:


возможность собрать в единый комплекс все разрозненные системы жизнеобеспечения;

интегрированное управление из единого центра;

очень респектабельный дизайн и функциональность дисплеев;

удобство интерфейса цветных, настенных, сенсорных панелей;

узнаваемость и престижность.

Основной целью приложений системы управления Crestron является автоматизация объектов окружения. Данное оборудование применяется для интегрированного управления аудио-видео системами, освещением, шторами, жалюзи, микроклиматом, системами безопасности. Система позволяет с единой панели управления [2] :


осуществлять необходимые регулировки – включение/выключение акустических систем;

установку уровня громкости;

выбирать желаемый источник информации (компьютер, спутниковый или обычный тюнер, CD, Cdi, LD, или DVD – проигрыватель, видеомагнитофон);

управлять устройствами для отображения информации (видеопроектором, проектором слайдов, монитором, проекционным экраном).

Достоинства системы Crestron

Одним из основных достоинств систем управления Crestron является широчайший ассортимент интерфейсов пользователя: сенсорные панели, сенсорные радио-панели, клавишные панели управления, радио и ИК-пульты.

Сенсорные панели (настольные и встраиваемые в стену) характеризуются высоким разрешением, цветными сенсорными экранами XVGA и создают живое, четкое графическое изображение. Экраны имеют размер 15 или 12 дюймов, могут быть настольными или встраиваемыми, имеют plug-in модули для Ethernet, компьютера, видео и аудио, беспроводных соединений.

Читайте также:  Что такое геодезические работы и необходимость их проведения на участке

Сенсорные радио-панели. В поставляемых моделях используется улучшенная RF-технология Crestron, позволяющая осуществлять управление по радиоканалу и не быть привязанным к определенному месту помещения.

Клавишные панели обеспечивают простое управление широким спектром функций. Кнопки с подсветкой дают возможность использовать панели в любое время суток. Они позволяют проигрывать WAV-файлы, обладают встроенными температурными сенсорами, позволяя управлять системой климат-контроля из любой комнаты.

Радио и ИК-пульты обеспечивают дистанционное управление всеми приборами дома.

Недостатки системы Crestron

Система управления домом Crestron имеет некоторые недостатки:


самая высокая цена;

ограниченный выбор дизайнерских решений внешнего вида и цветов сенсорных и клавишных пультов управления.

Система управления домом EIB

EIB – это европейский стандарт международной ассоциации ЕIВА (European Installtion Bus Association), объединяющей десятки ведущих европейских производителей электротехнической продукции.

Система EIB – децентрализованная. Децентрализованное управление осуществлено в пределах устройств – являются ли они передатчиками или приемниками, они связываются друг с другом непосредственно, без иерархии или сетевого контролирующего устройства. Все устройства (компоненты, абоненты) обмениваются информацией по общему каналу – шине EIB. Передача данных осуществляется в соответствии с протоколом шины. Компоненты осуществляют передачу последовательно, асинхронно (система является событийно-управляемой), конфликты разрешаются расстановкой приоритетов сообщений. Передаваемая информация собирается в телеграммы и через шину передается от источника (сенсора, датчика) приемнику (активатору, полезной нагрузке) или группе приемников. Сообщения получают все абоненты, но реагируют на него только те, кому оно адресовано. В случае успешной передачи каждый приемник подтверждает получение телеграммы. При отсутствии подтверждения передача повторяется. После трех неудачных попыток передача прекращается, а в запоминающем устройстве передатчика фиксируется информация о неисправности.

Сеть EIB отличается простой, наглядной иерархической структурой, созданной специально для схемотехники зданий. Системы EIB интегрируются в энергетические системы зданий, домов или квартир и осуществляют[3]:


управление микроклиматом (отопление, кондиционирование, вентиляция);

оперативный контроль, индикацию, мониторинг;

охрану и сигнализацию;

взаимодействие с другими системами.

Система EIB устанавливается как в больших зданиях (банки, больницы, школы, производство), так и в частных коттеджах и квартирах. Система управляет всем комплексом электрики.

Достоинства системы EIB


Система управления, выполненная на EIB , полностью автономна и независима от работоспособности компьютера визуализации, она может работать и хранить в памяти логических модулей все режимы независимо от него. EIB – надежна в работе, элегантна в исполнении, многофункциональна и позволяет гибко перепрограммировать систему под желания пользователя;

Монтаж компонентов в стандартном электрощите, или установка в стандартные монтажные коробки;

Выбор внешнего вида универсальных выключателей для EIB огромен и представлен различными производителями ABB, BERKER, GIRA, MERTEN, JUNG, SIEMENS;

Отличная проработка программно-аппаратного обеспечения компонентов, огромные возможности расширения Хорошие средства создания графического интерфейса.

Недостатки системы EIB

Система управления домом EIB имеет некоторые недостатки:


достаточно высокая цена;

невысокая скорость передачи команды (около 0,3 сек);

невозможность оборудования большого объекта, из-за ограниченного адресного пространства;

небольшой ассортимент датчиков движения.

Система управления домом X-10

Х-10 – это проверенная технология, получившая широкое распространение на рынках США и Европы. X 10 – широкий используемый стандарт в области домашней автоматизации[4]. X -10 – метод и протокол передачи управляющих сигналов-команд (включить, выключить, ярче, темнее и т.д.) по силовой электропроводке на электронные модули, к которым подключены управляемые электробытовые и осветительные приборы.

С функциональной точки зрения сеть Х-10 включает следующие компоненты: передатчики, приемники, трансиверы, пульты ДУ, линейное оборудование, измерительное оборудование.

Передатчики – позволяют передавать специальные коды команд в формате Х-10 по электросети. Такими устройствами являются: программируемые таймеры, посылающие сигналы в нужное время; компьютерные модули, выполняющие заданные программы по управлению электроприборами; датчики температуры, освещенности, движения и др., которые при наступлении определенных событий посылают соответствующие сигналы приемникам.

Приемники – принимают команды Х-10 и выполняют их: включают или выключают свет, регулируют освещенность и т. д. На каждом приемнике имеются селекторы установки его адреса: 16 возможных кодов дома (А – P) и 16 возможных кодов модуля (1 -16), то есть всего 256 различных адресов. Несколько приемников могут иметь тот же адрес, в этом случае они управляются одновременно.

Трансиверы – принимают сигналы от инфракрасных или радио пультов дистанционного управления и передают их в электросеть, преобразовав в формат Х-10.

Пульты ДУ – обеспечивают дистанционное управление устройствами Х-10 по ИК или радио каналам. Наиболее удобны универсальные пульты ДУ, с их помощью можно управлять как устройствами Х-10, так и аудио/ видео аппаратурой.

Линейное оборудование – повторители/ретрансляторы сигналов, фильтры скачков напряжения или тока, противопомеховые фильтры, блокираторы сигналов. Эти устройства используются для повышения надежности и безотказности системы в целом. Хотя в простых системах возможно достижение прекрасных результатов и без использования этих средств, но всегда лучше подстраховаться.

Измерительное оборудование – используется для измерения уровней полезных сигналов Х-10 и помех в электросети при выполнении монтажных и пуско-наладочных работ.

Достоинства протокола Х-10

Протокола Х-10 имеет следующие достоинства:


Легкий монтаж компонентов в стандартном электрощите, или простое включение модулей в электрические розетки. Элементарное программирование;

Открытый протокол. Возможность легкой интеграции в любую систему управления от самых разных производителей. Совместимость с любыми электроустановочными изделиями от большинства производителей. Средств визуализации много, но от сторонних разработчиков.

Недостатки протокола Х-10

Протокола Х-10 имеет следующие недостатки:


Низкая скорость передачи информации;

Низкая помехозащищенность: X-10 использует амплитудную модуляцию, поэтому помехи в электросети легко могут “забить” полезный сигнал;

Проблема ложного срабатывания: ложные срабатывания от помех в электросети, вызванных бытовыми электроприборами маловероятны;

Отсутствие обратной связи приемника с передатчиком;

Возможны конфликты устройств X10 разных производителей;

Возможен несанкционированный доступ к устройствам X-10 по электросети.

После анализа существующих систем автоматизированного управления умным домом можно делать следующие выводы:


самой надежной системой управления домом является централизованные система, так как она обеспечивает высокую скорость работы, интегрированное управление из единого центра; удобство интерфейса цветных, настенных, сенсорных панелей;

система управления домом на основе микроконтроллера дает возможность соединения с другими системами от разных фирм.

Умный дом [Электронный ресурс] [2008] .- Режим доступа: http://www.iqhome.perm.ru/info.htm.

X10 Powerline Carrier (PLC) Technology [ Электронный ресурс ] .- Режим доступа : http://www.x10.com/support/technology1.htm.

Акустические системы, системы освещения, конференц-системы и системы оповещения [Электронный ресурс] [2008].- Режим доступа : http://www.iberi.ru/?trid=693.

Архипов, В. Системы для «умного» здания / В. Архипов .- М. : “СтройМаркет”, 1999.- № 45.- 170-182с.

Что включает в себя система Умный дом

Умный дом ABB-free@home — интеллектуальная система управления комфортом, предназначенная для установки в квартирах, офисах, коттеджах, на дачах. Для настройки и регулировки применяют специальные панели или цифровые устройства: планшет, смартфон, компьютер. Для работы комплекса производитель использует свой защищенный протокол и собственное мобильное приложение. Главные цели разработчиков — гибкость, простота, доступность!

Предусмотрено два способа управления: проводная связь (с помощью переключателей на панели) и радиоканал, который позволяет контролировать обстановку в помещении, когда потребителя нет дома. Есть возможность удаленного изменения настроек или включения сценария, например, при обнаружении движущихся объектов.

По сравнению с электроникой аналогичного класса, цена комплекта АВВ ниже!

Что входит в систему «Умный дом» для квартиры?

Набор функций комплекса зависит бюджета, пожеланий заказчика, и со временем может быть расширен. Базовый вариант для квартиры может состоять из узлов контроля: протечек, работы кондиционера, световых приборов. Пользуются популярностью опции, связанные с управлением:

  • освещенностью: включением, выключением, регулированием светопотока (диммером);
  • розетками;
  • теплым полом;
  • шторами;
  • датчиками движения;
  • мультимедиа.

Если сравнить с квартирой или офисом, у загородной недвижимости больше вариантов оснащения. В состав системы «Умный дом» для коттеджа можно еще включить устройства по управлению:

  • видеодомофоном;
  • отоплением;
  • поливальной установкой;
  • воротами;
  • камерами;
  • регулировкой положения рольставень;
  • мультирумом;
  • электронными замками.

Предусмотрена возможность заказа каждой опции отдельно.

«Умный дом» — состав комплекта

Чтобы приступить к монтажу умной системы ABB-free@home, необходима двухпроводная шина, которая отвечает за обмен данных. Варианты связи между компонентами — радиоканал или кабель. В комплекс входит системная точка доступа, блок питания, приборы управления, исполнительные устройства.

Роль мозгового центра выполняет главный модуль, соединенный с панелью, сенсорами, оборудованием и приборами: домашней метеостанцией, диммерами. Все элементы умной сети работают четко и согласованно. В любую минуту владелец дома может изменить (перепрограммировать) последовательность или набор действий.

Преимущество передачи сигнала по проводам — надежность, быстрота отклика. Есть возможность инсталляции дополнительных устройств для расширения функций. Плюс выбора беспроводной связи для комплекса «Умный дом» — эстетичность, экономия средств на монтаже.

В целях безопасности мы рекомендуем использовать радиосвязь только для некоторых элементов системы, например, мультимедиа. Комплекс компонентов, полностью построенный на беспроводном соединении — будет уязвим для кибер атак злоумышленников и не способен обеспечить достойную безопасность жильцам загородного дома, коттеджа или квартиры.

В составе умного комплекса задействованы датчики освещения, движения, температуры, влажности. При необходимости включают измерительные приборы других параметров. Способ передачи сообщений между компонентами — по открытому или закрытому протоколу.

Первый вариант применяют для устройств разных производителей, совместимых между собой. Соответственно, закрытый «язык общения» используют для связи узкой группы приборов, чаще — одного бренда. Умный комплекс способен одновременно обрабатывать сигналы от 64 сенсоров и активаторов.

Для связи между компонентами дома используют структуры:

  • древовидную схему;
  • «Звезду»;
  • последовательное соединение (шлейфом);
  • комбинированные варианты.

Интеллектуальная система для дома откликается на команду с панели или смартфона. В программу входят предустановленные сценарии. Последовательность действий включается при соответствующих настройках. Возможна автоматизация работы сценариев по сигналам от сенсоров.

Набор опций для дома может быть любым. Если члены семьи уезжают, управляющее устройство включит заданную последовательность действий:

  • выключит свет и мультимедиа;
  • установит энергосберегающий режим для отопления или кондиционера;
  • опустит шторы и рольставни;
  • закроет электронные замки на воротах и дверях.

Чтобы управлять системой дистанционно, владельцу предлагается установить приложение. Программа предназначена для операционных систем iOS или Android. Способ управления — голосом или прикосновением пальцами к иконкам на сенсорном экране телефона, планшета. Чтобы активировать дистанционный метод управления, необходимо зарегистрироваться на сайте производителя ABB-free@home.

Предусмотрена возможность управления оборудованием с панели и через традиционные выключатели освещения.

Преимущества Умного дома

Автоматизированные системы управления комфортом привлекают потребителей и представителей бизнеса. Используя умное оборудование, компании-застройщики получают конкурентные преимущества. Установка автоматизированных систем Smart Home может стать новым направлением для компаний, которые занимаются видеонаблюдением, пультовой или физической охраной, монтажом устройств контроля доступа.

Интеллектуальный комплекс просто установить, благодаря чему несложно внести изменения в действующий проект коттеджа или квартиры. Хотя оптимальный вариант — предусмотреть умную систему на этапе проектирования или ремонта сооружения. С монтажом справится бригада частных специалистов: электриков, ремонтников.

Главные отличия от аналогов — безопасность, надежность, доступность, простота настройки. Все элементы выполнены в лаконичном дизайне и гармонируют с обстановкой. В систему «Умный дом» входит оборудование европейского качества. Не надо разрабатывать сложный проект и нарушать привычную обстановку, чтобы смонтировать комплекс.

У Вас есть вопросы?

Отправьте нам сообщение с помощью формы обратной связи или удобным для вас способом связи и мы ответим вам в ближайшее время.

Добавить комментарий