Современные технологии комфорта– «Умный Дом»

С чего все начиналось

В середине прошлого столетия состоятельные жители американского континента задумались над тем, как сделать свою жизнь комфортнее. Основной идеей было создание системы, с помощью которой можно было бы управлять различными электроприборами по одному кабелю, который использовался в электропроводке. Однако с такими темпами развития технологий, какие были в то время, тогдашний «Умный дом» считался уже устаревшим, едва заканчивалось строительство здания. Поэтому необходимо было проектировать систему заново. Дело в том, что развитие кабельной инфраструктуры здания позволяло совершенствовать или увеличивать «мощность» оборудования за счет введения новых разработок - компьютерных технологий, телефонизации и оборудования систем безопасности.

1978 год можно считать годом рождения современного «Умного дома» - «Smart Home», поскольку история «Умного дома», такого, каким мы его знаем сегодня, началась именно в тот год. На развитие системы «Умного дома» были выделены, по тем временам, огромные деньги, ведь вложение денег в развитие данного проекта выглядело весьма и весьма прибыльным. Тогда и была предложена идея управлять различными системами и датчиками по бытовым электропроводам здания. Однако, несмотря на развитие технологий, ещё долгое время автоматические распахивающиеся двери и свет, включающийся по хлопку, шокировали гостей…

Примечание: Первыми кто разработал эту технологию и выпустил на американский рынок оборудование были компании Х10 USA и Leviton (от этого пошло название протокола X10). Эта технология была рассчитана на напряжение 110В и частоту сети 60 Гц (типичные для США ), поэтому она не получила распространения в России. Впрочем, протокол Х10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием.

Для создания интеллектуального дома этого явно было недостаточно. Для удобства и комфорта производители и разработчики трудились над «приручением» систем аудио и видеотрансляций, систем безопасности и оборудования жизнеобеспечения. В поисках путей решения всех этих задач многие производители объединились в Ассоциацию электронной промышленности (EIA), которая сегодня занимается развитием стандарта шины передачи данных бытовой электроники - CEBus (Consumer Electronic Bus), утвержденного в 1992 году. На данный момент этот протокол связи является открытым, и любая компания может производить оборудование, использующее коммуникационный протокол CEBus (управляющий сигнал передается по проводам бытовой электросети, витой паре или коаксиальному кабелю в радиочастотном или инфракрасном диапазоне). Для управления различными устройствами можно выбрать наиболее удобную среду передачи: осветительными приборами можно управлять по электропроводке, видеооборудованием – по коаксиальному кабелю, кондиционерами и цифровыми устройствами – по витой паре. ИК - лучи и радиосигналы вообще универсальны и могут использоваться для управления любым оборудованием. Исполнительные устройства или узлы домашней сети взаимодействуют между собой через роутеры, коммутаторы и мосты (data bridges), соединяющие различные носители сигналов и данных. Основным преимуществом CEBus по сравнению с Х10 является скорость обмена данными, достигающая 10 кбит/с, независимо от типа носителя. Она обеспечивает необходимую быстроту реакции системы и непродолжительное время активного состояния узлов сети.

«Умный Дом» сегодня

В наши дни фокусами с освещением уже не удивить обывателей. Дом становится всё «умнее» и … доступнее кошельку.

Управляется «Умный дом» при помощи различных пультов управления или с любого сотового телефона или даже через Интернет.

Как комплексное решение задачи сначала появилось понятие Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д., для каждой системы отводилось свое, отдельное время. Потом начали появляться системы мультиплексированных каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно.

Программное обеспечение контроллеров или сервера позволяет контролировать климат (поддерживать установленный уровень температуры и влажности в том или ином помещении), водоснабжение (контроль состояния труб или давления в них), управлять освещением в здании, устанавливать параметры безопасности (постановка и снятие с охраны по определенному сценарию реакции систем) и развлекаться, при этом не прилагая особых усилий. В помещениях устанавливается контрольное оборудование, передающее информацию на главный модуль или контроллер, который изменяет «параметры» дома в зависимости от внешних условий и заданных параметров.

Электроснабжение

Для управления (включение/выключение) освещением используют сенсоры, которые реагируют на движение или освещенность (фотореле) в той или иной зоне. Это достаточно удобно, когда в доме много комнат и подсобных помещений. Такие же сенсоры используются и для управления наружным освещением. Если состыковать системы охранной сигнализации с системой электроснабжения, то можно получить систему энергосбережения.

Например: При постановке на охрану отключаются второстепенные группы потребителей, под напряжением остаются только те потребители, которые нельзя отключить (холодильник, кондиционер).

Отопление и кондиционирование

На дворе стало гораздо теплее, а отопление всё ещё работает? Или наоборот, на улице трещат морозы, а отопительный сезон никак не соизволит начаться? Благодаря «Умному дому» отопительный сезон может для вас начаться гораздо раньше в зависимости от температуры в доме и на улице.

При помощи системы контроля можно менять температуру и влажность в доме по своему усмотрению. А ещё эта система пригодится, когда необходимо уехать на какое-то время, и дома никого не остаётся. Тогда в помещении можно установить экономичный режим с низкой температурой или отопление отключает их вовсе. О своём возвращении жильцы сообщают «Умному дому» через Интернет или по телефону, и климат в доме возвращается к привычной температуре и влажности – это экономит ваши деньги и создает необходимые удобства.

Системы безопасности

В случае проникновения в дом, система оповестит Вас об этом по телефону или отправит SMS-сообщение, а ещё и включит сирену, чтобы отпугнуть воров. Она может так же заблокировать отдельные участки (двери или окна), имитировать присутствие людей или животных в доме, но самое распространенное и удобное, это блокирование воров внутри дома с помощью автоматических рол - ставней на окнах и входных дверях.

Развлечение

Развлечения хозяев теперь тоже входят в сферу обязанностей «Умного дома». Ранее нельзя было отнести эти системы к «Умному дому».

Мультирум – это система, при помощи которой можно слушать музыку, при этом регулируя громкость, выбирая источник информации (FM – радио, CD, MP3, iPad DVD или даже Blu-Ray), и проводить другие операции, находясь в любой части дома, не важно, где именно установлена аппаратура. Огромное преимущество данной системы – отсутствие видимых проводов и колонок, что весьма удобно при наличии маленьких детей и домашних животных. Да и выглядит впечатляюще: звук вроде бы везде, но источника звука не видно. Управлять системой можно с помощью настенных панелей или пультом дистанционного управления. А самое главное и удобное, что все центральное оборудование устанавливается в одном месте и не требует установки его во всех помещениях, и нет нужды громоздить тумбы с аппаратурой и множество проводов идущим к ним. Устанавливается лишь пульт управления, который осуществляет управление всеми системами сразу.

Все эти системы без центральных контроллеров управления являются лишь железками. Ведущие производители в данной области предлагают широкий спектр контроллеров под различные задачи и нужды заказчика.

В основном, на рынке автоматизации здания можно встретить как немецких, так и американских производителей оборудования. Основные поставщики центрального оборудования – ABB, Siemens, Honeywell, GE. Данные производители выпускают как самостоятельные контроллеры, так и контроллеры, работающие под управлением центрального контроллера по принципу: Master – Slave. Для удобства работы и монтажа производители стали выпускать контроллеры с полноценным LAN портом и протоколом, а так же с Web интерфейсом.

Для управления системами развлечения (мультирум, аудио, видео-трансляция) используют так же контроллеры, но уже других производителей – AMX, Crestron, Kramer. Производители данного типа оборудования заняли свою нишу и поставляют на рынок матричные коммутаторы, магистральные усилители и усилители - разветвители аудио и видео - сигналов, скалеры и многое другое оборудования коммутации и управления. Пульты управления позволяют управлять как своим оборудованием, так и оборудованием автоматики жизнеобеспечения.

Основные технологии системы

Под термином «Умный дом» обычно понимают интеграцию в единую систему управления зданием следующих систем:

  • Систему отопления, вентиляции и кондиционирования
  • Охранно-пожарную сигнализацию, систему контроля доступа в помещения, контроль протечек воды, утечек газа
  • Систему видеонаблюдения
  • Сети связи (в том числе телефон и локальную сеть здания)
  • Систему освещения
  • Систему электропитания здания (АВР, промышленные ИБП, дизель- генераторы)
  • Автоматику въездной группы (открытие/закрытие ворот, шлагбаумов)
  • Управление с различных мест здания аудио, видеотехникой, домашним кинотеатром - мультирум
  • Телеметрию — удалённое слежение за системами:
    1. IP-мониторинг объекта — удалённое управление системами по сети Internet
    2. GSM-мониторинг — удалённое информирование об инцидентах в доме (квартире, офисе, объекте) и управление системами дома через телефон (в некоторых системах при этом можно получать голосовые инструкции по планируемым управляющим воздействиям, а также голосовые отчеты по результатам выполнения действий).
  • Удалённое управление электроприборами, приводами механизмов и всеми системами автоматизации:
    • Электронные бытовые приборы в умном доме могут быть объединены в домашнюю Universal Plug’n’Play - сеть с возможностью выхода в сети общего пользования.

На сегодняшний день технологии позволяют строить домашнюю автоматизированную систему на не взаимосвязанных между собой функциях - выбирать только те, которые действительно нужны. Модульная структура позволяет создавать системы невысокой стоимости.

Протоколы и системы «Умного дома»

LanDrive - наиболее доступная на сегодняшний день платформа для построения шинных распределённых систем управления внутренним и уличным освещением, силовыми нагрузками, электроприборами, а так же такими системами, как отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа и протечек воды. Так же возможно управление аудио и видеотехникой, домашними кинотеатрами, жалюзи, ролставнями, шторами, воротами, насосами, двигателями. Данная платформа, в основном, ориентирована на применение в составе «умного дома», но в последнее время всё чаще применяется в системах учёта и сбережения энергоресурсов, контроля доступа, охранно-пожарных системах.

LCN - немецкая система. Применяется как для домашней, так и для промышленной автоматизации. Данная платформа использует распределенное интеллектуальное управление различными системами. В качестве среды передачи данных используется обычный электрический провод сечением жил не менее 1,5мм2. В LCN реализовано управление оборудованием различных систем и производителей. Она оптимальна по соотношению цена/возможности.

iRidium Mobile - программный комплекс для управления системами умный дом с мобильных устройств Apple - iPhone, iPad, iPod touch или любых устройств под управлением семейства Windows.

BPT - система домашней автоматизации с распределённым интеллектом, использующая закрытый протокол передачи данных. В качестве шины используется обычная витая пара UTP. BPT реализует управление: освещением, домашней автоматикой, кондиционированием, отоплением, инженерной и охранной сигнализацией, домофонным оборудованием. Основные мотивы выбора данной системы - низкая стоимость оборудования, простота монтажа и пуско-наладки. Система совместима с любыми типами электроустановочных изделий.

MyHome SCS - Интегрируется посредством OpenWebNet-шлюза с системами от различных производителей.

EIB/KNX - (European Installation Bus - «Европейская инсталляционная шина») протокол используеться производителем ABB.

LON (LonWorks) - самый распространенный протокол управления и автоматизации частного и промышленного назначения. Поистине интеллектуальную систему создала компания Echelon, предложив протокол LonWorks. Интеллектуализация каждого узла сети управления обеспечивается микропроцессором Neuron 3120, 3150 Chip или более мощным микроконтроллером Motorola 68h460 - микросхемами, сконструированными в Echelon и выпускаемыми корпорациями Motorola и Toshiba. LonWorks, известный также как LonTalk, представляет собой семиуровневый коммуникационный протокол, поддерживаемый многими процессорами. Эта система позволяет хранить базу данных настроек и мониторинга различных сенсоров на компьютере, и при наступлении определенных событий, соответствующим образом реагировать на них. Доступ к сети может осуществляться как с помощью Ethernet, так и модемных линий. После этого было создано программное обеспечение Intellect, поддерживающее базы данных LonWorks.

UBI (Универсальный шинный интерфейс) - данный интерфейс обеспечивает комбинированную передачу по витой паре (UTP, FTP) сигналов управления умным домом и сигналов Ethernet (компьютерная сеть, цифровое видеонаблюдение, цифровое телевидение и телефония, Интернет). Своими идеями и корнями UBI уходит к концепции взаимодействия открытых систем на базе международной многоуровневой модели ISO OSI. В будущем все здания станут интеллектуальными и будут объединены между собой. По мнению большинства специалистов, модель взаимодействия открытых систем OSI идеально подходит для объединения в единое целое решений и технологий различных производителей электронного оборудования, будь то электроника стиральной машины, домашнего кинотеатра, системы вентиляции здания или легкового автомобиля. Уже сейчас многие производители (например, Legrand) оборудования для инженерных сетей интеллектуальных зданий предпринимают немалые усилия по унификации кабельных систем под разные технологии и разное назначение. Введено понятие «Оптимальных сетей». В правильно спроектированном интеллектуальном здании структурированные кабельные системы и оборудование автоматизации здания не зависят друг от друга. Конечному пользователю не нужно заботиться о том, чтобы в конкретном месте была телевизионная розетка или телефонная. Кабельные системы универсальны и унифицированы. То есть, назначение для розетки можно придумать потом. Так же потом можно выбрать и конечную реализацию системы автоматизации, будь то EIB, C-BUS, X-10 или что-либо еще. Существуют и получают распространение технологии динамического управляемого «переключения» назначения конечных точек подключения (например, розеток). За доли секунды телефонная розетка превращается в телевизионную. Пользователю лишь остается переткнуть соединительные кабели в другое конечное оборудование (поменять телефонный патч-корд на телевизионный).

C-Bus (protocol) - протокол для домашней автоматизации, а так же 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. В сети используется питание 36 В переменного тока. Протокол C-Bus используется в Австралии, Новой Зеландии, Азии, на Ближнем Востоке, в России, США, Южной Африке, Великобритании и других частях Европы, включая Грецию, Прибалтику, Румынию и другие страны. В США C-Bus представлен под маркой «SquareD Clipsal». Протокол C-Bus был создан Clipsal Integrated Systems для использования в системах домашней автоматизации и системах управления освещением зданий.

Сегодня Helvar — один из самых больших производителей электромагнитных и электронных дросселей в Европе и немаловажный поставщик систем управления освещением. Helvar производит и поставляет ПРА и ЭПРА производителям люминесцентных светильников, которые, в свою очередь, используются в офисах, торговых центрах, складах, спортивных аренах и многих других объектах. Новые требования по энергосбережению требуют также много и от управления светом, поэтому ведущие европейские производители компонентов для светильников (Helvar, Osram, Philips) создали в 1999 году новый цифровой открытый протокол управления светом, DALI (= Digital Adressable Lighting Interface).

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.).

Crestron - протокол управления систем автоматизации и мультимедийными системами. Разработан компанией Crestron (США). Протокол закрыт. Основной конкурент - AMX (США). Для своих систем использует широкие дизайнерские пульты управления и все богатство цветовой гаммы в оформлении обрудования.

X10 - протокол управления электроприборами. Сигнал передается по электрическим проводам либо в радиодиапазоне. Недостатки - низкая скорость передачи информации и помехозащищенность, проблема ложного срабатывания, отсутствие обратной связи приёмника с передатчиком, возможны конфликты устройств X10 разных производителей и несанкционированный доступ к устройствам X10 по электросети.

Z-wave - запатентованный беспроводный протокол связи, разработанный для домашней автоматизации, в частности для контроля и управления на жилых и коммерческих объектах. Технология использует маломощные и миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в бытовую электронику и различные устройства, такие как освещение, отопление, контроль доступа, развлекательные системы и бытовую технику.

LUXOR — система локального управления освещением и климатом. Используется обычный электрический кабель и выключатели. Система производится Theben AG. Протокол закрыт. Основные мотивы выбора данной системы — низкая стоимость оборудования, простота монтажа и пуско- наладки. Система совместима с любыми типами электроустановочных изделий.

SMART BUS - распределенная система управления для построения сетей Умного Дома, Интеллектуального здания, управления светом, климатом, системы безопасности, мультирумом.

«Распределенная» - означает, что не требуется центрального процессора, весь интеллект встроен в равнозначные приборы, находящиеся в различных местах. Это на порядок повышает надежность системы, делает ее гибкой и легко расширяемой. Другие распределенные системы, присутствующие на рынке - KNX, C-Bus, LON - занимают существенно более дорогую нишу.

Smart Bus строится на основе контроллеров, встроенных в каждый прибор. Все приборы объединяются проводом Cat5e UTP. Используется 4 провода - 2 для данных, 2 для питания. Питание приборов в основном 8-32VDC от специализированных блоков питания.

В одном сегменте может подключаться до 65000 приборов, длина информационного кабеля - до 1,7 км. Увеличивается сеть за счет сетевых мостов, которые подключаются к сети Ethernet.

ONE-NET - открытый протокол беспроводной сети передачи данных, разработанный для целей автоматизации зданий и управления распределёнными объектами.

R-BUS - шина разработанная совместно Российским и Китайским предприятиями с открытым протоколом передачи данных, предназначена для автоматизации больших и малых сооружений.

DOMINTELL - централизованная система домашней, офисной и гостиничной автоматизации. Использует интерфейс RS485 для обмена данными между модулями. Имеются шлюзы Ethernet TCP, UDP, RS232, B&O, DMX(управление светом). Открытая система команд управления «Light Protocol». Была разработана в 1999 году в Бельгии.

1-Wire - технология, которая позволяет связать многие датчики и приборы в одну сеть, управление в которой на себя берёт персональный компьютер. Для передачи данных в такой сети используется всего один провод. Отличается дешевизной и простотой установки.

Home Sapiens — интеллектуальная программная система управления умным домом, разработанная российской компанией «Хоум Сапиенс» и нацеленная на универсальность применения и на потребителей со средним и высоким достатком. Название Home Sapiens происходит от фразы Homo Sapiens («Человек разумный» — живущий по сей день вид рода Людей, к которым относится современный человек). Тем самым обыгрываются основные особенности системы (интеллектуальность, умение общаться голосом и понимать речь людей, универсальность и многофункциональность). Home Sapiens является первой системой управления умным домом, оснащенной русскоязычным голосовым интерфейсом. Специально разработанный под нужды системы голосовой движок способен распознавать речь любого человека без привязки к конкретному пользователю (если это не указано в настройках). Тем самым исчезает необходимость предварительного обучения системы и ее настройки под интонацию, манеры речи и произношение владельца. Кроме того, система настраивается для голосового управления любыми приборами в доме, имеющими возможность приема управляющих команд посредством ИК, bluetooth, радиоуправления, либо через подключенный сетевой провод. То есть, практически все домашние приборы могут быть объединены с Home Sapiens.

Второй ключевой особенностью системы является доступность для конечного потребителя и универсальность. Установка управляющего программного обеспечения возможна на обычный домашний компьютер, включая неттоп. Производитель отказался от создания специфических сетевых протоколов, избрав за основу обычный компьютерный IP-протокол. Благодаря этому используется исключительно стандартное компьютерное оборудование. Расширение комплекса умного дома не потребует приобретения эксклюзивной техники, тем самым значительно упрощая развертывание, усовершенствование и общую стоимость. На последний фактор также влияет сбалансированная ценовая политика производителя.

Требует установки чувствительных микрофонов для голосового управления системой в целом.

Систему «Умный дом» можно назвать системой «Автоматизации и диспетчеризацией здания», так как управление инженерным оборудованием относится именно к этому разделу безопасности здания, а так же к разделу проектной документации Системы Мониторинга Инженерных Систем (СМИС).

Вывод

Есть ли недостатки у этих современных технологий? Недостаток, пожалуй, лишь один: нельзя бесконечно увеличивать количество подключенных устройств, т.к. это влияет на скорость работы системы. Время от времени придётся корректировать или менять всю систему «Умного дома» для того, чтобы подключить новые модули.

Высокую стоимость датчиков и систем также можно было бы назвать недостатком, если бы они не позволяли сократить затраты на отопление и электроэнергию, не заменяли бы целый штат охранников и не сохраняли наши силы, нервы и деньги.

Главное, что история на этом не заканчивается. Многие разработчики вкладывают деньги в дальнейшее развитие существующих систем. Нет-нет, да и появляются на рынке новые игроки. Можно сказать, что мы находимся на пике развития данного сегмента безопасности, комфорта и развлечения в доме.

Источник: Daily (.sec ru)