Комфорт, удобство и безопасность у нас дома - «Умный дом»

13 Август 2012

Данная статья посвящена предметному рассмотрению системы. Как с помощью существующих технологий возможно реализовать систему «Умный дом».

Жители нашей планеты желают и стремятся к повышению удобства и комфорта своей рутинной жизни. К первому удобству можно отнести изобретение счет (300 г. до н.э) , спустя много лет - изобретение калькуляторов и пультов дистанционного управления для телевизоров. Но ведь говорят: «Лень – стимул прогресса». И поэтому, или лень, или желание жить комфортно, привели в нашу жизнь систему «Умный дом».

Любители технических новинок и домохозяйки скажут, что интеллектуальные способности их дома – самое дорогое их приобретение. Объединенный разум Вашего дома – система «Умного дома» - действительно берет на себя все управление отоплением, кондиционированием, освещением, системой домашнего кинотеатра и многим другим. «Умный дом», создающий в жилище комфорт - самое распространенное, но не самое полное понимание сути систем домашней автоматизации.

Для более честолюбивых собственников оснащение автоматическими системами управления жилищем - атрибут исключительности и высокого социального статуса. Для людей, стремящихся отличаться от остальных, никакие суммы не помеха, на пути к обретению престижного статуса владельца технически совершенного объекта недвижимости.

Наконец, самые проницательные задумываются о более практичных вещах, которые привнесет установка системы «Умного дома» в их доме. Сокращение затрат на ремонт, электроэнергию, гарантия безопасности проживания и эффективной работы всех систем жизнеобеспечения становятся самыми вескими аргументами для принятия решения оборудовать квартиру интеллектуальной системой управления.

Как можно превратить свою «тупую» квартиру в «Умный» механизм кибернетики?

На этот вопрос постараюсь ответить!

Для начала следует определить основные системы контроля и управления системами.

Основные системы контроля и управления:

Электроснабжение;
Освещение;
Водоснабжение;
Газоснабжение;
Охранная сигнализация;
Пожарная сигнализация;
Система вентиляции и кондиционирования (климат контроль);
Система видеонаблюдения;
Система отопления;
Система мультирум;
Управление отдельными бытовыми электроприборами.

Рассмотрим каждую систему по отдельности

Электроснабжение

На нашей планете идет борьба за экологию и освоение альтернативных источников. Не секрет, что каждому владельцу приходиться сталкиваться с платежами за коммунальные услуги. И почему-то наряду со строкой за горячую воду, электроэнергия тоже имеет весомый удар по кошельку. Как можно это изменить и с чего начать?!

Замена ламп на энергосберегающие помогает, но не решает всех проблем. Одно из решений этой проблемы, это установка «твердотелых» реле для коммутации потребителей при необходимости. «Твердотельные» реле (далее – реле) отличаются бесшумной работой (коммутация) и отсутствием «залипания» контактов по сравнению с электромагнитным или герконовым реле. А еще одно преимущество, это большой ток коммутации - до 125А при напряжении в сети 660В и потребляемый ток, не более 3мА при управляющем напряжении 24В. Если вам необходимо коммутировать (включить) блок электрических розеток, в той или иной комнате, или одну конкретную розетку, то необходимо рассчитать максимальный ток потребителей, взять 15% запас по току и установить реле.

Токи нагрузок написаны в паспорте на ваш прибор или если паспорта нет, то можно приблизительно оценить по сечению проводников в кабеле электропитания или найти данные в интернете.

Как происходит коммутация?! Управляющее напряжение подается на вход реле путем коммутации 12 вольт, с помощью контроллера ввода – вывода аналогового или цифровых выходов. Схема представлена ниже. Основные производители данных контроллеров: Honeywell, ABB, Siemens, Beckhoff и т.д.

Схема - Подключение и коммутация через контроллер ввода/ вывода

Самое главное, не стоит забывать, что необходимо коммутировать только «фазу», земля – нетраль может и не размыкаться. На один из входов котроллера подается сигнал для формирования команды управления от «сухого контакта» (реле) охранной или пожарной сигнализации, или других смежных систем. Алгоритм взаимодействия прописывается при программировании системы в целом.

Пример. При постановке на охрану квартиры происходит принудительное отключение всех розеток и потребителей, кроме холодильников и центрального оборудования умного дома. Все это способствует защите от пожара за счет принудительного отключения потребителей, таких как утюг, оставленный без присмотра, или телевизор, которые могут привести к короткому замыканию и возгоранию соответсвенно.

Самое главное, не стоит подключать по такой схеме бытовые холодильники. Это может привести к размораживанию продуктов питания и как следствие их порча.

Многие производители бытовых приборов и оборудование уже устанавливают в них модули для прямого подключения к центральному контроллеру «Умного дома». Это удобно тем, что можно управлять не только функцией включения/ выключения, но и выбирать внутренние программы прибора, или задавать их самому.

Пример. Разморораживание и приготовление пищи в микроволновой печи или в электрическом духовом шкафу по таймеру или по команде из всемирной сети Интернет или с сотового телефона. Включение телевизора с рекордером для записи программы или футбольного матча и многое другое. Команды могут быть разные и, соответственно, алгоритмы работы и взаимодействия.

В зимнее время года мы чаще всего пользуемся осветительными приборами. Все это приводит к повышенному расходу электроэнергии по сравнению с летним периодом. В это время года световой день короче, поэтому для создания комфортной атмосферы в помещениях рано приходиться включать лампы освещения, торшеры, бра. Системы, обеспечивающие управление освещением, позволяют значительно сэкономить денежные средства, отключая свет в комнатах, когда в них никого нет. Всего этого возможно добиться с помощью датчиков присутствия. Управление электропитанием обеспечит контроль за различными приборами и оборудованием, оставляя включёнными в сети только действительно необходимое.

Тонкости и нюансы монтажа конечно в рамках статьи описать не смогу их много.

И все же - чем можно управлять в рамках системы «Умный дом»?!

Самое необходимое - Освещение

Данную систему можно отнести к системе электроснабжения, но выделение ее в отдельную группу раскрывает весь потенциал энергосбережения. С помощью вторичного оборудования установленного в санитарных узлах возможно включение освещения только тогда, когда в данном помещении есть человек.

Охранные ИК- извещатели не подойдут для решения данного вопроса!!!

Необходимо установить извещатель присутствия, который в свою очередь производит контроль, как спектральной составляющей в помещении (СВЧ диапазон), так и общего объема помещения.

Схема подключения такая же, как при подключении электро-потребителей, только вместо него группа ламп или отдельная лампа освещения.

Иногда мы забываем выключить кран с бегущей водой, или прорвало трубу и Вы затапливаете соседей - «Умный дом» сможет решить эту проблему.

Водоснабжение и газоснабжение

В данных системах осуществляется контроль давления в трубах, расход воды или жижённого газа. При различных алгоритмах взаимодействии со смежными системами можно также, как и с электроснабжением осуществлять перекрытие подачи газа или воды в жилище и тем самым увеличивается возможность оставить квартиру сухой и целой. При контроле протечки воды (холодной или горячей) устанавливаются электрические краны для автоматического перекрытия на трубу и датчики протечки. Принцип действия основан на замыкании двух контактов водой или повышение влажности в определенной точке. По быстро действенности первые превосходят вторые. Электрокран управляется с помощью контроллера ввода/вывода по принципу замыканием реле 24В от подачи сигнала (сухого контакта) извещателя протечки воды, подключенного к входу контроллера или к блоку реле охранной сигнализации.

Охранная или пожарная сигнализация

С этими система все очень просто.

Пожарная сигнализация

Во время нахождения людей в квартире и при тревоге от пожарной сигнализации, можно настроить алгоритм так, чтобы происходило отключение всех электроптребителей (за исключением холодильника и освещения на входе), перекрытие газа и многое другое. А при отсутствии Вас в доме происходило лишь оповещение пожарной части по телефону при пожаре.

Охранная сигнализация

Выше описано взаимодействие с энергетикой, водоснабжением и газом. Все управление может осуществляться через интернет или сотовый телефон. Постановка на охрану может осуществляться в зависимости от установленного оборудования – картой доступа, кодовой комбинацией с правом постановки на охрану или только через телефон (отправка сообщения с нужной комбинацией символов и командой). При тревоге система может оповестить частное охранное предприятие или вневедомственную охрану МВД России.

Система вентиляции, кондиционирования и отопления – климат - контроль

Каждый желает сидя в кресле, попивая чашечку чая, управлять и создавать для себя в квартире микроклимат, обеспечивающий комфортные условия жизни. Когда за окном более 30 градусов в тени, то хочется, чтобы было прохладно. Все это стало доступно с помощью системы «Умный дом».

Отопление

Кто не сталкивался с проблемой недостаточного обогрева зимой, когда температура на улице резко снижалась, и мощности батарей центрального отопления было явно недостаточно? Проблема, к сожалению, весьма распространённая, и для её решения каждый находит свой вариант. Одним из самых популярных способов повышения температуры внутри помещения является использование электрических обогревателей. Однако, несмотря на наличие датчика и системы отключения, производители не рекомендуют оставлять прибор в электросети без присмотра. Приходится соблюдать осторожность и отключать обогреватели на ночь и на время, когда в доме никого нет. Естественно, вернувшись с работы, с прогулки или из магазина, мы вынуждены некоторое время находиться в некомфортных условиях, ожидая, пока воздух прогреется до нужной температуры. А значит, решение с обогревателями – не самое удачное.

Сейчас в домах или квартирах многие устанавливают тёплый пол. Он актуален в помещениях, где в качестве напольного покрытия используется плитка или заливной пол, а именно на кухнях, в коридорах, в ванных комнатах. Обычно управление таким обогревом осуществляется вручную, с помощью отдельных регуляторов, однако в интеллектуальных зданиях эту задачу вполне можно возложить на специальные системы управления. Температура внутри помещения будет оставаться на заданной вами отметке независимо от того, какая погода на улице. И даже если за окном трескучие морозы, сильный ветер, обильный снегопад, в вашем доме всегда будет тепло и уютно. И в отличие от использования масляных обогревателей, такое отопление не только эффективно, но и абсолютно безопасно.

Нужно понимать, что при установке такой системы в квартире, то Вы будите обогревать и соседей снизу и часть тепла будет уходить к ним, а платить Вам.

Кондиционирование

Создание комфортного климата – ещё одна важная задача, с которой успешно справляется система интеллектуального здания. Для комфортного пребывания человека в доме в каждом его помещении должен быть свой температурный режим: в кабинете или рабочей комнате — 25°C, в спальне — не более 18°C, а в прихожей достаточно и 17°C. Согласованная работа кондиционеров не только обеспечивает оптимальные условия окружающей среды, но и способствует экономии электроэнергии.

Для создания здорового микроклимата используются системы озонирования и ионизации - они позволяют обогатить воздух положительными и отрицательными ионами, избавиться от бактерий, вирусов, микроорганизмов и просто неприятных запахов.

Климат-контроль умного дома ориентируется на заданные параметры. При этом система сама выбирает, какие приборы задействовать для достижения нужного результата.

Видеонаблюдение

На данной системе не стоит заострять внимание, так как очень много материалов в интернете, да и книг по данной тематике. Скажу одно, что можно реализовать:

Удаленное наблюдение за помещениями;
В случае незаконного проникновения отправка фотографий злоумышленников;
Посредством взаимодействия с охранной сигнализацией отправить вам сообщение, как на мобильный телефон, так и на электронную почту;
Проконтролировать включение или выключение того или иного оборудования в различных системах.

Домашний кинотеатр

Подключение домашнего кинотеатра к системе «умного дома» обеспечивает автоматизированное управление комплексом аудио и видеооборудования, а также рядом вспомогательных функций. Идеальный домашний кинотеатр включает в себя один или несколько источников звука и изображения (HD-плеер, DVD-проигрыватель, мультимедиа-сервер), многоканальный AV-ресивер, комплект акустических систем (обычно это наличие пяти или семи колонок и сабвуфера), плазменную панель, ЖК-телевизор, или проектор с экраном.

Для управления данным комплектом оборудования, подключенного к системе домашней автоматизации, понадобится всего один пульт либо сенсорная панель. Программирование сценария позволяет выполнять перечень команд с помощью одной кнопки. Так, при активизации функции «просмотр фильма» опускается моторизованный экран, потолочный лифт выдвигает спрятанный в нише проектор, закрываются светонепроницаемые жалюзи на окнах, гаснет свет. Во время просмотра фильма «умный дом» создает условия для Вас и Ваших гостей, поддерживая необходимую температуру и проветривая помещение, и при желании может переводить все телефонные звонки на автоответчик.

Система мультирум

Качественный звук в каждой комнате – приятное дополнение к удобному интерьеру. Система мультирум распределяет аудио или видеосигналы по зонам дома или квартиры, и позволит вам слушать музыку в любом помещении дома или на улице, независимо от местонахождения источника звука (которым может выступать спутниковый ресивер, CD, DVD, Blu-Ray проигрыватели, FM-тюнер, камеры видеонаблюдения, видеодомофон). Количество зон и источников сигнала может быть неограниченно, ограничение может вносить только Ваш бюджет.

Управление системой осуществляется с помощью стационарных (настенных и настольных) кнопочных панелей, пульта ДУ или сенсорных панелей. Они помогают управлять параметрами источника сигнала из каждой зоны. Главное достоинство мультирум: вся аппаратура сосредоточена только в одном месте Вашего дома, как правило, это помещение, отведенное под домашний кинотеатр, а во всех остальных помещениях – встроенные в потолок или стены динамики. В саду или в парке используется ландшафтная акустика.

Системы аудио-видео мультирум позволяет:

включать любой источник сигнала и дублировать этот сигнал по зонам. Например, картинка со спутникового ресивера может быть разведена на несколько телевизоров;
включать нужную TV программу;
регулировать громкость для каждого отдельного помещения;
выводить на телевизор или монитор изображения с видеодомофона, или камер видеонаблюдения;
передавать голосовые сообщения системы об аварийных ситуациях;
работать согласно сценариям (например, отключать звук при телефонных звонках).

Придомовая инфраструктура

Автоматика интеллектуального здания актуальна для управления оборудованием, расположенным не только внутри дома, но и на прилежащей к нему территории. Зимой в работу включается противообледенительная система, своевременно освобождающая крышу, водостоки и площадку перед гаражом от снега и льда. Датчики и регуляторы интеллектуального здания контролируют процесс, позволяя снизить энергопотребление системы до минимума.

Значительно сэкономить время при въезде в гараж или выезде из него позволит дистанционное управление воротами: их электропривод сработает от сигнала специального брелока-транспондера.

Системы умного дома позаботятся о крытом бассейне. В зависимости от заданной программы, они будут поддерживать нужную температуры воды на протяжении всего дня или только в определённое время. Не придётся беспокоиться и о комфортном микроклимате в зимнем саду: соблюдение температурно-влажностного режима и выбор интенсивности освещения можно целиком доверить автоматике.

Основные узлы и органы управления

Раскроем основные составляющие и их возможности в рамках нашей системы.

Самая распространенная схема реализации системы управления представлена ниже:

центральный микроконтроллер (или компьютер), обрабатывает сигналы полученные от командных устройств, сформированные центральным контроллером командные сигналы передаются на исполнительные модули или системы в доме.
под командным устройством подразумеваются устройства передачи данных. К таким устройствам относятся выключатели освещения, кнопочные пульты управления системой мультирум, а так же команды от другого оборудования (холодильник, газовая или эл. плита и многое другое).
исполнительными устройствами могут быть, как модули ввода- вывода, так и блок реле, любое бытовое устройство или любое другое коммутационное устройство.

Командные и исполнительные устройства могут быть как проводные, так и беспроводные! Это не относится к бытовым приборам.

Выключатели и кнопочные панели

Самыми распространенными и доступными органами управления системой являются кнопочные панели и пульты управления. Если мы говорим о проводных пультах, то они, как правило, имеют собственный протокол связи с центральным котроллером и их нельзя использовать для управления напрямую устройством.

При нажатии кнопки или комбинаций кнопок можно включить свет в той или иной комнате, или повысить громкость в динамиках, или включить отопление. Все это хорошо, но не всегда только вкл/выкл нужно потребителю, да это можно делать и без центрального оборудования. Но все же, как можно управлять еще и выборкой режима стиральной машины или выставить необходимую температуру отопления или влажной подачи воздуха с кондиционера?! Ниже расскажем обо всем этом.

Стационарные компьютеры, ноутбук или карманный ПК

Абсолютно любой компьютер легко интегрируется в систему «Умный дом». Компьютер может выполнять роль, как сервера системы, так и клиента. Архитектура построения системы позволяет разграничить доступ к настройкам. С помощью клиентского программного обеспечения можно визуализировать органы управления и события управления (вращение двигателя приточной вентиляции, подача воды, теплообмен и многое другое). При объединении в общую локальную сеть стационарный компьютер может использоваться как сервер, а КПК может быть использован как беспроводной пульт управления. Управление осуществляется либо с помощью WEB – интерфейса или с помощью установленного программного обеспечения.

Программы для управления системой можно установить на рабочем компьютере в офисе или на лаптопе. Используя лаптоп в дороге, вы можете с помощью сети интернет включить у себя в доме баню или кондиционер для охлаждения воздуха жарким летом. Вы так же сможете контролировать состояние всех систем в доме, а так же получать на электронную почту всю информацию с систем.

Сенсорные панели

Сенсорные панели - что это такое?! Это экран с сенсорным или Multitouch экраном с отображением органов управления, текущей или запрограммированной информации (реакции). Это удобно тем, что нет необходимости в запоминании комбинаций кнопок. Панель дает возможность управлять всеми системами одновременно и визуально видеть все изменения, будь то повышение температуры воздуха или проигрывание музыкального трека в системе мультирум. На сенсорном экране можно так же отображать статистику всех управляемых систем, вплоть до уровня напряжения в сети или уровня воды в бассейне. Сенсорные панели могут быть переносными или вмонтированными в стену. Достаточно легкого прикосновения для активирования той или иной системы. Основное отличие всех панелей друг от друга - это размер экрана, вид монтажа и внутренняя память программирования и отображения данных.

Многие производители оборудования автоматизации здания - так правильно называть систему «Умный дом» - предлагают на рынке широкий спектр, как основного оборудования, так и вспомогательного. Более подробный перечень оборудования можно посмотреть на сайтах производителя оборудования. Система хоть и дорогая во всех отношениях (оборудование, настройка и обслуживание), но окупается быстро и экономить деньги начинает уже где-то с 3 года работы. Наряду с дорогими системами, где вы получаете полный функционал, есть на рынке и дешевые системы, которые вам дают усеченную версию системы. Что это значит?! Вы получаете лишь управление на уровне «сухих контактов» (реле) вкл. выкл.

Стоимостной оценкой в рамках данной статьи не занимался и не навязываю никому того или иного производителя. У всех есть свои плюсы и минусы.

Источник: Daily (.sec ru)