Открытая архитектура «Умный дом»

В статье описываются возможные способы автоматизации жилых и офисных помещений, предлагаются нестандартные  методы решения в области бытовой автоматики.

«Умный дом» возник как закономерный результат систематизации достижений в различных областях техники, связанных с формированием домашнего уюта. Под открытой архитектурой подразумевается модульность, позволяющая подбирать технику и компоненты автоматизации индивидуально для каждого объекта и достигать более продуктивного их использования. К подобным объектам автоматизации могут относиться: климат-контроль, сигнализация, противопожарная, информационная и аудио, видео системы, а также системы защиты от короткого замыкания, управления освещением и т.д [1].

Система климат-контроля может поддерживать индивидуальные параметры в каждом помещении: температуру, влажность, приток свежего воздуха и т.д. Причем, в зависимости от уличной температуры и нужной скорости прогрева, будут выбраны и включены на необходимую мощность один или несколько тепловых приборов: радиаторы отопления, теплые полы, электроконверторы, тепловентиляторы, кондиционеры в режиме обогрева. Дом самостоятельно создаст комфортные условия для сна - к ночи температура  понизится,  а  к  утру  поднимется.  Предоставляется  возможность  изменять   температуру в любом помещении по своему желанию из любой точки дома, а также из-за его пределов. Когда хозяина нет дома, система может сообщать ему об осадках, температуре, силе ветра на улице и о параметрах микроклимата в помещении, а также выполнять приказы - открыть окна, проветрить помещение и т.д. Окна, закроются автоматически, если начнется дождь или будет сильный ветер. В жаркую погоду система самостоятельно включает кондиционеры, опускает жалюзи.

Существенным отличием обычной охранной системы от системы безопасности «умного дома» является   реагирование   на    такие   аварийные   события,   как    утечка   воды    или   газа,     проблемы с электропроводкой и электропотребляющими приборами. При поступлении тревожных сигналов от различных датчиков система сама может принимать различные решения. К примеру, перекрыть нужные трубопроводы либо позвонить в обслуживающую организацию при обнаружении утечки воды или газа; либо отключать аварийные участки цепей электроснабжения, предотвращая тем самым возможное возгорание. Естественно, сообщение о любых неисправностях и действиях системы будет немедленно передано хозяевам. Таким образом, состояние всей электросиловой структуры дома, потребляемая приборами мощность, состояние рабочих элементов - все под контролем. Оставляя ребенка дома одного, можно заблокировать включение приборов, опасных или нежелательных для него, таких как: электроплита, кухонный комбайн, домашний кинотеатр и др.

Информационная система с возможностью удалѐнного доступа позволяет с любого компьютера, подключенного к сети Интернет, узнать о состоянии дома, посмотреть записи камер видеонаблюдения и даже текущее изображение с них. При необходимости система может регулярно посылать своему хозяину по электронной почте или звонком на телефон, отчет о состоянии дома, о присутствии людей, о погоде и многом другом. Конечно же, эта информация будет доступна только хозяевам дома.

Аудиосистема запоминает и воспроизводит голосовые напоминания, может озвучивать действия системы безопасности, также может передавать интересующую информацию по запросу хозяев. Видеоподсистема производит наблюдение за наружной обстановкой дома или офиса. В зависимости от расположения и количества камер можно производить наблюдение за входной дверью, лифтовой площадкой, площадкой перед подъездом, гаражом и другими объектами. И аудио, и видеосистема взаимодействуют с телефонной сетью при отправке тревожных сообщений и при использовании телефона как переговорного устройства с посетителем. С помощью «умного дома» можно использовать для аудиосвязи не только телефон, но и (при подключенном микрофоне) домашний компьютер, музыкальный центр, телевизор, домофон. Система сама может набрать номер абонента и включить режим громкоговорящей связи по голосовой команде, по прикосновению к пульту управления и даже при наборе номера абонента на пульте д/у телевизором. «Дом» будет напоминать о важных делах и звонках голосом или текстом на экране телевизора. Входящие звонки система будет фильтровать, записывая нужные сообщения на автоответчик. Полученные по электронной почте послания система может воспроизвести голосом или текстом на экране телевизора. Используя видеокамеры и телевизор, можно, не выходя из дома, поговорить с подъехавшими гостями. А если гости нежданные, то система «умного дома» сама сообщит им о том, что хозяев нет дома.

Всѐ  выше  перечисленное  является  одним  из  передовых  направлений  в  технике,   нацеленных на благоустройство домов и офисов. Безопасность является основной и главнейшей задачей «умного дома». Почти все, что умеет делать «умный дом», вполне возможно делать самим - по старинке, как бы это ни было неудобно. Но выполнять функции, возложенные на систему безопасности «умного дома», крайне сложно. Автоматика сможет предупредить массу очень неприятных ситуаций, таких как капитальный ремонт из-за утечки воды или пожар из-за утечки газа. Система безопасности сможет вести наблюдение за близкими людьми: пожилыми родственниками или маленькими детьми. И это только малая часть того, что может уметь делать система безопасности «умного дома» [2].

Требования,  предъявляемые  к  системе  бытовой  автоматики  владельцами  дома,     представлены в таблице 1 (согласно статистике, опубликованной OOO «Housecontrol» - www.housecontrol.ru).

Таблица 1 - Статистика требований, предъявляемых к системе бытовой автоматики

 Статистика требований, предъявляемых к системе бытовой автоматики

Техника «умного дома» является высокотехнологичной, построенной на последних достижениях электроники, а потому не является общедоступной, ее нельзя сравнить, например, с электролампой. Приобрести подобное оборудование могут либо крупные организации, либо люди с высоким уровнем достатка. Для человека, не располагающего суммой, достаточной для покупки всего комплекса сразу, есть выход - создавать комплекс поэтапно. Начать с самого главного и постепенно расширять комплекс. Главное - при проектировании системы заложить в неѐ возможности для будущего расширения. Этим, собственно, и характеризуется принцип открытой архитектуры. Модульный подход позволяет производить избирательную замену устаревшего оборудования без перепроектировки всей системы [3].

В  целом,   «умный  дом»  можно  охарактеризовать  как  здание  с  централизованным     контролем и интелектуальным управлением. Иными словами, «умный дом» - это комплекс технологий и систем, позволяющих сделать жилое помещение более комфортным и безопасным.

Отличительными особенностями специализированных устройств автоматизации являются: высокая надѐжность, функциональность, бесперебойность работы при отказах составных частей и более продолжительный жизненный цикл эксплуатации. Помимо описанных преимуществ для них характерен и ряд   недостатков,   а   именно:   сложность   дизайна,   повышенное   энергопотребление,     программная и аппаратная избыточность и, как следствие, высокая стоимость.

В отличие от них, малобюджетный проект, в основу которого заложен принцип поэтапной автоматизации жилого помещения, можно реализовать на основе распространѐнных электронных устройств и уже имеющейся бытовой техники. Например, элементарная система опроса таких событий, как открывание входной двери, нажатие клавиши звонка либо домофона может быть реализована на базе обычного персонального  компьютера,  игрового  джойстика,  пары  кнопок,  электромеханических  реле и внешнего блока питания. В качестве программного обеспечения в этом случае могут выступить стандартные драйвера Windows для игровых устройств и небольшая программа, написанная на одном из языков высокого уровня.

К достоинствам данной идеи можно отнести:

  • Минимум финансовых  затрат.  В   случае   отсутствия   под   рукой   необходимых   компонентов их стоимость, а точнее итоговая сумма расходов, в немногом превысит стоимость игрового девайса (Девайс от англ. device - любое устройство, конструктивно законченная техническая система, имеющая определенное функциональное назначение).
  • Простота изготовления. Схему можно собрать на базе готового игрового джойстика без разработки специальных плат простейшим навесным способом.
  • Минимум программирования. Взаимодействие операционной системы с игровым устройством на низшем уровне осуществляется посредствам специальных драйверов, входящих в состав операционной системой, либо прилагаемых к устройству на момент покупки. Для написания программы взаимодействующей с девайсом на верхнем уровне необходимы: язык высокого уровня, к примеру - Delphi, справочник по данному языку и некоторый опыт работы. На написание программы, выполняющей основные функции в зависимости от опыта программиста, уйдѐт не более пары дней.
  • Возможность обслуживания нескольких событий, даже при одновременном возникновении. Однако такому подходу конструирования присущи недостатки:
  • Система функционирует только при включѐнном ПК. Такая необходимость в избыточном, а главное дорогостоящем оборудовании для устройства узкоспециальной направленности, является неприемлемой. Компьютер должен выступать лишь в роли одного из средств оповещения и ни более того.
  • Связь с компьютером осуществляется посредством проводного соединения, ограничение в длине связующего кабеля препятствует  скрытому  монтажу  устройства.  В  случае  внесения  изменений в интерьер помещения либо перестановке ПК возникнет необходимость либо в наращивании кабельного соединения, либо в новой прокладке кабеля. 
  • Система не обладает возможностью одновременного подключения к нескольким компьютерам.
  • Находясь вне комнаты, невозможно узнать о событии в связи с отсутствием средств индикации и оповещения.
  • Подключение к ноутбуку нерационально, так как подразумевает стационарное расположение компьютера относительно устройства.

Однако, если  при  проектировании  системы  «умного  дома»  предусматривать  возможности  для еѐ будущего расширения, к примеру организацию удалѐнного доступа из сети Интернет, хранение информации с  камер  видеонаблюдения,  различных  мультимедийных  данных,  осуществления доступа к данной информации, то наличие в ней центрального компьютера уже не представляется избыточным.

Использование ПК в качестве одного из основных устройств позволяет во многом расширить возможности будущей системы. Достижимо это установкой специального программного обеспечения в комплексе с набором периферийных устройств.

На сегодняшний день для объединения в единое целое бытовой автоматики, техники, ПК и прочей электроники, используются различные сетевые технологии. При передаче видеопотока в full HD (Full HD - это видео высокого разрешения, применяемое в трансляциях телевидения высокого разрешения HDTV, в фильмах, записанных на диски Blu-Ray и HD-DVD) скорость достигает 30 Mb/s., а с учѐтом 5 Mb/s на аудиопоток - 35 Mb/s., как необходимая пропускная способность сетевого канала.. Для обычных фильмов в DVD качестве достаточно 2-3 Mb/s. Использование же беспроводной радиосвязи в диапазоне 433 МГц разумно, если требования к пропускной способности и дальности связи невысоки, но, в то же время, существенным является вопрос цены и сроков автономной работы. Основная область применения данной технологии - это построение беспроводных сетей датчиков различного назначения. Использование тех или иных методов передачи данных обусловлено конкретной областью, требованиями и рациональностью использования.

Основой для построения распределѐнной управляющей системы «умного дома» обычно является использование сетевых технологий. При разработке малобюджетных проектов такой системы, как показывает опыт, в качестве еѐ элементов может быть использовано не только специализированное оборудование, но и электронные устройства из других областей применения, изначально предназначенные для решения иного круга задач.

 

Литература

  1. Богданов С.В. Умный дом. - М.: Наука и техника, 2005 – 208 с. 
  2. Сопер М.Э. Практические советы и решения по созданию «Умного дома». - М.: Издательство «НТ Пресс», 2007. – 432 с.
  3. Кашкаров А.П. Электронные схемы для «Умного дома». - М.: Издательство «НТ Пресс», – 256 с.
  4. Роберт К. Элсенпитер, Тоби Дж. Велт. «Умный дом» строим сами. - М.: Издательство «КУДИЦ-Образ», 2005. – 384 с.
Год: 2011
Город: Павлодар