Умный дом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

История «Умного дома» началась ещё в середине двадцатого века. Уже тогда богатые американцы задумались над тем, как сделать свою жизнь комфортнее. Основной идеей тогда было: передавать по одному кабелю несколько видов информации сразу. Однако с такими темпами развития технологий, какие были в то время, тогдашний «Умный дом» считался уже устаревшим, едва заканчивалось строительство здания. Дело в том, что кабельная система не успевала за развитием компьютерной системы, телефонной, а также за системой безопасности.

К началу 70-х появился термин «Smart Home» - «Умный дом». На развитие «Умного дома» были пущены огромные деньги, ведь проект выглядел весьма и весьма прибыльным.

1978 год можно считать годом рождения современного «Умного дома», поскольку история «Умного дома», такого, каким мы его знаем сегодня (с «умной» бытовой техникой, с различными системами освещения, охраны, отопления…) началась именно в тот год. Тогда и была запущена идея управлять различными системами и датчиками через электропроводку дома. Однако ещё долгое время распахивающиеся двери и свет, включающийся по хлопку, шокировали гостей….

Сегодня «Умный дом» - это, всего лишь качественная современная электрика и система управления, дающая хозяевам комфорт, удобство и функциональность за счёт совершенной архитектуры. Проект Умного дома должен включать в себя проект электроники и электрики, к тому же, необходимой частью Умного дома является система управления электроаппаратурой, которую можно назвать «Мозгом» дома. .

1. Что же это такое «Умный дом»

Само понятие интеллекта зависит от человека вкладывающего определённый смысл в это представление. Начать следует с определения интеллектуального здания, как такового. Несмотря на то, что для всех более-менее осведомленных в данном вопросе людей термин этот имеет вполне определенный смысл - представление у каждого свое. Второй, не менее важной, на мой взгляд, причиной можно считать то, что словосочетание "интеллектуальное здание" применяется по большей части в качестве маркетингового лозунга. Отсюда появление на рынке всевозможных устройств типа «Умный дом», «Послушный дом» и т.д. К сожалению, технологии интеллектуализации пока мало представлены на мировом рынке. В основном это устройства управления различными бытовыми приборами с помощью единого ИК пульта, системы видеонаблюдения, охраны и безопасности.

2. Модель состава системы

2.1 Определение входов и выходов исследуемого объекта

2.2 Анализ состава объекта

«Умный дом»- можно рассматривать как традиционное здание, все приборы которого связаны единой информационной сетью и управляется единой системой управления. Целью использования данной систем является обеспечение высокого уровня комфорта и безопасности для людей, живущих или работающих в таком доме, главным преимуществом является высокая эксплуатационная экономия.

Преимущества:

1) Инженерные системы в концепции интеллектуального здания могут устанавливаться те же самые, что и в обычном доме, но при этом контроль работы всего оборудования осуществляется не человеком, а автоматизированной системой управления.

2) Все системы, здания (система отопления, вентиляции и кондиционирования, электроснабжения и проч.) работают по заданной программе. При этом система фиксирует изменения, происходящие в здании, и реагирует на них, когда присутствует такая необходимость, а наличие несложных средств общения позволяет системе взаимодействовать с людьми.

Владелец здания, оценит систему в действии сразу же, т. к. эта система позволяет существенно экономить на расходах, путём отключения неиспользуемых подсистем, а так же с помощью использования альтернативных источников энергии, к которым подключена система.

2.3 Назначение и характеристики составных частей системы

Устройства, необходимые для создания «Умного дома», можно разбить на несколько групп.

Первая группа: датчики и устройства ввода информации. Главной задачей устройств этой группы будет сбор сведении о состоянии внешней среды, - какая температура в доме, есть ли движение в комнате, какую установить влажность в детской комнате и так далее. Можно сравнить эту группу устройств с органами чувств человека - функциональное назначение практически одинаково.

Вторая группа устройств: исполнительные элементы. К ним можно отнести все приборы, которые можно подключить к системе «умный дом». Например, подключенный к датчику движения источник освещения будет относиться именно к этой группе. Опять же, проводя аналогию, такие устройства можно сравнить с руками и ногами человека - то есть то, с помощью чего производится воздействие на внешнюю среду.

К третьей группе относятся серверы и контроллеры. По сути, это "мозг" умного дома. За все действия, которые совершает умный дом, отвечает именно эта группа устройств.

При помощи программного обеспечения сервер умного дома настраивается таким образом, чтобы в зависимости от полученных первой группой данных определенным образом изменялось состояние устройств второй группы. Пример - датчик движения (устройство первой группы) не фиксирует движения в комнате. Исходя из полученной информации и заданной программы, контроллер (устройство третьей группы) определяет категорию всех включённых в этой комнате электроприборов (по параметрам: быстрота включения, возможность возобновления работы с определённой точки, количество потребляемой электроэнергии и т.д), и отключает маловажные приборы и системы с помощью устройств второй группы, тем самым уменьшая потребление электроэнергии в целом.

Здесь надо отметить, что некоторые стандарты «умного дома» являются децентрализованными. Это означает, что центральный контроллер (третья группа) в таком случае не требуется.

Схема функций

«Умный дом» можно рассматривать как модульную систему. То есть всегда можно подключить новый функционал, сохранив при этом уже существующий. Например, ваш умный дом умеет управлять освещением и температурой в здании. Вам показалось этого мало и вы решили добавить мультирум и телефонию. Именно поэтому можно составить такую схему умного дома, в которой ядром является умный дом, а системы подключаются как модули.

Рассматривая умный дом как модульную систему целесообразнее всего будет выделить сенсор в отдельную подсистему, так как их может быть огромная куча, а саму группу «Датчики» снабдить устройством обработки информации. Тем самым можно добиться одновременной установки широкого спектра датчиков, а «отсекая» бездействующие на данный момент датчики - повысить быстродействие системы.

3. Модель структуры системы

3.1 Определение элементов и связей между ними

Следующие два компонента -- это «Датчик» и «Исп.Устройство», представлены оба эти элемента в виде контроллеров, к которым подключаются периферийные устройства

Таким образом данные, например с температурных сенсоров, поступают в контроллер, именуемый «Датчик», где расшифровываются и отправляются в головной контроллер. Который определяет поведение системы по заложенным программам.

Подобное разделение системы на компоненты позволяет:

- Заменять повреждённые периферийные устройства без остановки работы всей системы;

- Освободить центральный контроллер от необходимости расшифровки данных с сенсоров;

- Позволяет отправить команды к исп.устройствам минуя центральный контроллер.

Связи между элементам являются информационными. Центральный контроллер должен иметь возможность двусторонней связи с контроллером датчиков и контроллером исполняющих устройств, которые тоже должны быть связаны между собой, но в одностороннем порядке от Датчиков к исп.устройствам.

3.2 Анализ связей между элементами системы

Одной из бед современного человечества являются, ни много ни мало, провода. Обилие технических устройств вынуждает обвиваться всё большим количеством проводов. Конечно можно прятать их в стены, закрывать коробами, но такой способ размещения не отличается большой практичностью:

А) Нет возможности, например, переместить устройство в другую комнату, так чтобы не нарушить топологию сети;

Б) Добавление нового устройства требует размещения новой кабельной сети в уже завершенной системе.

Такие проблемы приносят дополнительные затраты времени, сил и ресурсов, и нет гарантии того что не произойдет короткое замыкание и проводку придётся менять или устройство выйдет из строя, заменится на более совершенное, но уже с другой системой кабелей и пр.

4. Структурная схема системы

4.1 Разработка структурной схемы устройства

Исходя из главной цели системы, выделим попарно основные узлы и связи между ними. Модель структуры системы «Умный дом» можно представить в виде таблицы (таблица 1).

Таблица 1

Исп.устройства можно разделять на две группы: устройства контролируемые в реальном времени и устройства не требующие непосредственного контроля. К первой группе можно относить различные манипуляторы и так далее, а к второй, например, систему закрывающую шторы или выключающую свет.

Таким образом, первая группа отличается от второй, тем что требует ежесекундного контроля за положением манипулятора в пространстве, следовательно, каждое устройство в этой группе, должно снабжаться собственным контроллером.

В данной системе предусмотрены исп.устройства работающие на аккумуляторах, для дополнительной мобильности данных устройств. К примеру, в здании может находиться роботизированный пылесос либо увлажнитель воздуха, стилизованный под какую-нибудь декоративный объект.

4.2 Разработка иерархической структуры устройства

Понятие иерархия обозначает определенный порядок, соподчиненность. Поэтому это понятие было распространено на согласованный порядок элементов в структуре системы.

Представим иерархию управления для выбранной системы.

Первым и вне сомнения главным будет являться «Пульт удаленного управления», так как пульт сам ничего не соображает, а за ним стоит пользователь системы. Далее идёт «центральный контроллер», так как именно он принимает команды с пульта, распределяя команды на датчики и исп.устройства.

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта была поставлена экспертная задача по разработке и моделированию системы «Умный дом», выделено эмерджентное свойство - обеспечивать высокий уровень комфорта для жильцов (пользователей системы).

Особый интерес представляет модульность системы, то есть возможность подключения огромного количества различных периферийных устройств по усмотрению пользователя или исходя из экономических соображений. Таким образом включение периферийных устройств в проектирование модели нецелесообразно, а единственное предоставляемое к таким устройствам требование это иметь унифицированные протоколы связи.

Технически, при выходе одного из вышеперечисленных управляющих блоков, система способна распределить нагрузку на неповреждённые вычислительные блоки, правда, за счёт уменьшения быстродействия или отключить исп.устройсва высших уровней.

Литература

1. Л.П. Пилиневич, Н.В. Щербина, К.Д. Яшин. Эргатические системы [Электронный ресурс]: электронный учебно-методический комплекс. - Мн.: БГУИР, 2015 (Кафедра инженерной психологии и эргономики)

2. А.П.Кашкаров.Электронные схемы для «умного дома»

Размещено на Allbest.ru