Проектирование системы "умный дом"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

умный дом высокотехнологичный

Умный дом - это такой дом, который организован для удобного и комфортного проживания людей при помощи умных, высокотехнологичных устройств. Все устройства объединены в одну сеть, что позволяет легко и беспроблемно выявлять недостатки и устранять их.

Главная идея умного дома - объединение отдельных систем в единый управляемый комплекс устройств, который упрощает человеку жизнь.

Умный дом - система, которая должна распознавать и реагировать на внезапные ситуации, происходящие в доме, и надлежащим образом их изменять: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Дом проектируют чтобы все системы управления могли без проблем взаимодействовать друг с другом с наименьшими затратами, а обслуживание было легким и доступным. План предполагает возможность дополнять и изменять конфигурацию системы.

С некоторым временем дом обретет искусственный интеллект. После его можно будет назвать интеллектуальным. Системы сумеют поддерживать и изменять работу и состояние всего дома, включая ограждающие системы, и автономно принимать решения в требуемых ситуациях.

В данное время технологии дают возможность возводить домашнюю автоматизацию модульно - подбирать только необходимые функции умного дома, которые действительно необходимы и нужны. Модульная конструкция позволяет создавать системы достаточно не высокой стоимости.

1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

Система управления позволяет хозяину создавать довольно возможно трудные и интеллектуальные операции функционирования, т.к. все исполнительные системы могут работать согласованно и вместе.

Следовательно, чтобы реализовать множества ресурсосберегающих процедур:

? контроль доступа и обеспечения безопасности человека

? учет и контроль всех необходимых параметров системы и оперативное влияние на критическое изменение, реакция является комплексной и мгновенной

? удаленный контроль и управление домом, т.к. все информационные и управляющие каналы связи в такой системе являются цифровыми.

Одним касанием можно превратить пустующее жилище в уютный гостеприимный Дом: будет включено освещение, установлен комфортный микроклимат, опустятся шторы, наполнится ванна, включится музыка и т.д.

Отдохнуть у экрана телевизора или "домашнего кинотеатра" легко и просто. Коснувшись клавиши на панели или пульта дистанционного управления или смартфона - и жалюзи закроются, свет плавно погаснет, выдвинется экран и включится проектор.

Управлять "домашним кинотеатром", а также аудио- и видео - аппаратурой можно с помощью сенсорных панелей или со смартфона.

Сможете легко и не принужденно создавать любые световые сцены из различных источников света с различной яркостью, включать их одновременно или с задержкой.

Используя световые регуляторы можно не только менять яркость, но и плавность разгорания лампочки.

Функция постоянного контроля освещенности, предназначена в основном для офисных помещений, но ею можно пользоваться и в загородных домах. Она дает возможность поддерживать заданную освещенность рабочей поверхности, независимо светит ли солнце или на улице плохая и неблагоприятная погода.

Автоматическое включение наружного освещения в зависимости от времени суток и присутствия людей не только обеспечит дополнительный комфорт, но и удобство.

Система постоянно измеряет температуру индивидуально в каждой комнате и поддерживает ее на заданном уровне, управляя непосредственно клапанами радиаторов или заслонками кондиционера, а также, при необходимости, автоматически включает или выключает вентиляцию.

Каждый день помогает экономить денежные средства благодаря различным режимам работы системы: комфортный режим, ночной режим, режим “отсутствие в доме”, режим “отдых”, режим ”командировка”. Смена режимов происходит по расписанию или по команде.

Система отопления, кондиционирования выключится автоматически для сбережения энергии, если окна комнаты будут открыты для проветривания.

В летнее время их ламели автоматически поворачиваются под определенным углом и предотвращают попадание внутрь комнаты излишнего солнечного света, не уменьшая светового потока. Тем самым они препятствуют нагреванию помещения и помогают экономить электроэнергию, расходуемую кондиционером.

Умный дом отчитается обо всех событиях, которые происходили в нем за время отсутствия хозяев: кто и когда приходил, сколько времени находился в доме, какие подозрительные личности долго крутились возле него. Лица и действия зафиксированы с помощью видео камер.

Непрошенных гостей поджидают неприятные сюрпризы в виде ослепляющего света и звуковой сирены. Кроме того, об их проникновении в Дом сообщит по телефону вам и вызовет охрану.

При возникновении аварийных ситуаций не только проинформирует соответствующую службу, но и предпримет необходимые меры по локализации аварии.

В отсутствии вас Дом может имитировать привычный образ жизни, включая по вечерам свет и музыку, тем самым создавая эффект присутствия.

Установив на домашнем компьютере программу визуализации и используя интернет, сможете с ноутбука или других устройств отключить оставленный кем-либо свет, так и впустить в дом внезапно нагрянувших гостей.

Обеспечивает надежную связь даже тогда, когда нет под рукой компьютера: для этого достаточно набрать номер домашнего телефона.

Через тональный набор входите в зону управления домом. Каждое устройство системы имеет свой порядковый номер. Вызывая его, можете отдать различные команды: включить отопление, прогреть сауну, наполнить ванну.

Современные технологии позволяют использовать смартфон в качестве инструмента управления, контроля и диагностики системы. Не вставая с дивана с помощью инфракрасного пульта или смартфона можно легко отрегулировать яркость освещения в комнате, закрыть жалюзи и задать нужную температуру.

2. РАЗРАБОТКА ПРОЕКТА

2.1 Модель системы

В ходе выполнения работы рассмотрены системы, основным элементом которых является смартфон, т.к. он почти всегда находиться под рукой, и как результат можно оперативно и быстро отреагировать на ту или иную ситуацию. Система Умный дом состоит из подсистем, которые в свою очередь из элементов.

На Рисунке 2.1 наглядно отражена модель системы, в состав которой входят:

- основные подсистемы: системы водоснабжения, газоснабжения, освещения, охранная и пожарная сигнализации;

- вспомогательные подсистемы: интернет и тв., мультимедиа, системы оповещения;

Главной целью системы «умный дом» является уменьшение затрат на содержание дома, дополнительные цели - минимальное участие человека, а так же основная цель - комфорт человека, находящегося в доме. Существенные связи системы с объектами окружающей среды - человек, средства телекоммуникации и телеметрии.

Выходы модели описывают результаты деятельности системы, а входы - ресурсы и ограничения.

Ниже представлены способы устранения недостатков системы «умный дом»:

- для предотвращения коррозии необходимо поддерживать в помещении оптимальные или допустимые параметры микроклимата, а так же производить профилактику средств телеметрии находящихся на улице;

- необходимо обеспечить эффективное заземление, для предотвращения выхода из строя автоматики при попадании молнии, а так же включить в систему устройства защитного отключения, отрабатывающие при возникновении короткого замыкания;

- необходимо обеспечить регулярное техническое обслуживание для исключения возможности загрязнения контроллеров и центральной системы управления и как следствия выхода из строя.

Рисунок 2.1- Модель состава системы “Умный дом”

2.2 Схема устройств «Умного дома»

Минимальный набор устройств, необходимых для создания «Умного дома», можно разбить на несколько групп. Первая (базовая) группа - это устройства ввода (в том числе и датчики) информации. Благодаря этим устройствам, «Умный дом» получает сведения о состоянии внешней среды - какая температура в доме, есть ли движение в комнате, установить влажность в детской комнате и так далее. Эту группу устройств можно сравнить с органами чувств человека - функциональное назначение практически одинаково. Вторая группа устройств - это исполнительные элементы, к которым относятся все приборы, которые можно подключить к системе «умный дом». Так, источник освещения, подключенный к датчику движения 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 устройств данных определенным образом изменялось состояние устройств. Пример - датчик температуры фиксирует температуру 18 градусов в спальне. Получая эту информацию, контроллер по заложенной в него программе определяет, что температура в этой комнате слишком низка. Тогда он посылает сигнал на систему отопления, с целью его включения.

Здесь надо отметить, что некоторые стандарты «умного дома» являются децентрализованными. Это означает, что центральный контроллер в таком случае не требуется. Структурная схема системы “Умный дом” приведена на рисунке 2.2

Рисунок 2.2 - Структурная схема системы “Умный дом”

2.3 Разработка связей между элементами системы

Общая концепция систем интеллектуального управления базируется на создании автоматизированного контроля. То есть комплекс изначально настраивается на самостоятельное управление целевыми компонентами «умного дома». Здесь важно отметить, что именно подразумевается под таким управлением. Это может быть настройка температуры котла, «теплого пола», включение или выключение светильников, регулировка параметров работы аудио- и видеотехники и т. д. При этом контроллеры управления «умным домом» могут работать, то есть принимать решения и на основе заранее заложенной программы, и на базе обратной связи от того же оборудования. В первом случае пользователь вводит определенные параметры функционирования с указанием логических цепочек.

Z-Wave представляет собой полностью беспроводную технологию, в основе которой лежит ячеистая сеть (mesh - сеть). Каждое устройство в сети Z-Wave является как приемником, так и передатчиком. Благодаря этому увеличивается надежность сети (при выходе из строя одного устройства, сигнал пойдет через свободное), а зона покрытия расширяется простым добавлением новых устройств, которые могут работать в качестве повторителей сигнала. В сети Z-Wave не нужны дополнительные репитеры и усилители сигнала, достаточно, чтобы любое устройство сети Z-Wave находилось в радиусе действия соседнего устройства. Следуя этому правилу, при мизерной излучаемой мощности одного Z-Wave устройства, можно покрыть Z-Wave сетью большие площади помещений, домов.

Представьте, что вы имеете полный контроль над всеми электронными и бытовыми устройствами в вашем доме. Не только над оборудованием для вашего развлечения, таким как ТВ, стереосистема, IPod, DVD, BlueRay и т.д., но так же и над вашим освещением, бытовыми электроприборами, системами кондиционированием воздуха, отопления, видео наблюдения - фактически над всем, что использует электричество.

Теперь представьте, что объединение всего этого оборудования и систем может быть осуществлено просто, быстро и без прокладки каких-либо кабелей, а также привлечения, чьей бы то ни было помощи.

Z-Wave Chip. Наконец, представьте, что при нажатии кнопки на вашем пульте дистанционного управления или вашем сенсорном экране, вы можете "автоматизировать" все повседневные действия, ежедневно отнимающие у вас время.

Z-Wave это система следующего поколения, которая дает возможность всей вашей домашней электронике говорить друг с другом и с вами. Она использует простые, надежные, маломощные радиоволны, которые легко распространяются через стены, полы и мебель. Z-Wave управление может быть добавлено почти к любому электронному устройству в вашем доме: бытовые приборы, оконные шторы, термостаты и домашнее освещение.

Z-Wave объединяет всю вашу домашнюю электронику в единую беспроводную сеть без сложного программирования и без прокладывания новых кабелей. Любое устройство с поддержкой Z-Wave может быть без усилий добавлено к этой сети и много устройств, не имеющих отношения к Z-Wave могут быть сделаны совместимыми путем простого втыкания вилки в гнездо вспомогательного Z-Wave модуля. В секунду ваше устройство подсоединяется к сети и может взаимодействовать по беспроводной связи с другими Z-Wave модулями и контроллерами.

Z-Wave позволяет вам полностью контролировать эти устройства даже когда вы сами не дома. Вы можете контролировать ваше Z-Wave домашнее хозяйство дистанционно с помощью персонального компьютера и Интернета из любого места в мире, даже через ваш мобильный телефон.



Рисунок 2.4 Система управления «Умным домом» на платформе Z-Wave

Комфорт, экономия, безопасность - три неотъемлемые составляющие Умного дома.

В настоящее время существует большой выбор оборудования и систем для автоматизации жилья. Каждый производитель, продвигает свое решение, но как показывает практика в условиях жесткой конкуренции выживают сильнейшие. Для этого часто производители либо выкупают конкурирующие компании, либо кооперируются и создают ассоциации, альянсы и т.д.

Z-Wave - это первый открытый беспроводный стандарт домашней автоматизации, оборудование под который может производить любой желающий производитель. В настоящее время насчитывается около 200 производителей, поддержавших технологию Z-Wave (Danfoss A/S, Intel, Intermatic, Leviton, Monster Cable, Universal Electronics, Wayne Dalton, BuLogics, ControlThink, Hawking Technology, HomeSeer, Inlon, Innovus A/S, Jasco Products, KTC Tech, Lagotek, Lantic Systems, Logitech, Merten, Navicom Technologies, Panasonic, uControl, ViewSonic, Xanboo, ELK Products и многие другие). Все эти производители входят в ассоциацию Z-Wave Alliance. С каждым днем растет не только количество членов ассоциации Z-Wave Alliance, но и ассортимент производимого Z-Wave оборудования.

Разработчик беспроводной технологии Z-Wave - калифорнийская компания Zensys предложила довольно удачное решение для системы Умный дом, основанное на принципе mesh-сети. Zensys разработала чип, достоинствами которого являются низкая цена, малое потребление энергии и крохотные размеры, что дает возможность интегрировать его в любое устройство. Эта технология специально разработана для применения в жилых и офисных помещениях.

Z-Wave превращает любое автономное устройство в интеллектуальный сетевой узел, который может контролироваться и управляться без проводов. Управление светом, бытовой и мультимедиа-техникой, контроль доступа, управление климатическими системами дома, охранно-пожарная сигнализация - вот только некоторое применение технологии Z-Wave в быту.

В конце 2008 года компания Sigma Designs, являющаяся крупным производителем систем на одном чипе (system-on-chip (SoC), заявила о намерении приобрести компанию Zensys со всеми ее активами. Окончательно сделка завершилась в 2009 году. Таким образом, Sigma Designs, с одной стороны, увеличила свое присутствие на быстро растущем рынке систем домашнего управления, а с другой стороны, заполнила пустующую нишу в собственном ассортименте продукции домашних систем.

Технология Z-Wave доступна в виде чипа, именуемого Single Chip, а также в виде модуля с интегрированным радиочастотным трактом и антенной. В чип Z-Wave разработчики поместили процессор 8051, флеш память, SDRAM, контроллер Triac, радиомодуль, ввод/вывод, АЦП, УАРТ. Система управления на основе Z-Wave представляет собой mesh-сеть с дуплексной беспроводной радиосвязью.

Sigma Designs выдает лиценцию на конструирование, стековое программное обеспечение и интерфесы прикладного программирования (APIs) для изготовителей Z-Wave устройств, что гарантирует качественную и ускоренную разработку изделий. Спецификации лидирующих Z-Wave устройств доступны бесплатно, а программы по Z-Wave сертификации гарантируют совместимость между всеми продуктами.

Наличие огромного ассортимента производимого оборудования Z-Wave предоставляет для конечного потребителя право выбора, обусловленного личными предпочтениями (дизайн, функциональность, цена и т.д.), а для производителей членов Z-Wave Alliance является фактором, стимулирующим развитие здравой ценовой политики, т.к. в рамках альянса все равны и ни у кого нет доминирующих позиций, которые можно было бы использовать для монополизации рынка. Ну и главным преимуществом стоит отметить гарантированную совместимость Z-Wave устройств от разных производителей. Каким бы надежным не казался нам производитель того или иного оборудования, нет абсолютных гарантий, что завтра он будет присутствовать на рынке. Известно множество случаев, когда фирмы-производители того или иного оборудования банкротились, перекупались, закрывались. Теперь представьте, что делать пользователям с вышедшим из строя оборудованием? Замена на аналогичное другой марки может повлечь полную замену всего смонтированного оборудования, т.к. каждый производитель использует свой, как правило, закрытый протокол, недоступный для других конкурирующих фирм.

2.4 Выбор объектов элементов

Система жизнеобеспечения делится на две группы:

? Основная (водоснабжение, энергоснабжение, газоснабжение, отопление, вентиляция, канализация и др.)

? Вспомогательная (система безопасности, кондиционирования, охранно-пожарная и др.)

Рассмотрим подробнее основные системы жизнедеятельности:

Водоснабжение

Технологии умного дома позволяют эффективно и надежно решать задачи управления системой водоснабжения дома. Управление водой и водоснабжением является важной функцией общей системы.

Smart устройство управления системой водоснабжением дома и защиты от аварийных ситуаций позволяет эффективно осуществлять управление подачей воды в дом, контролировать работу накопительной системы, выполнять контроль протекания воды в доме, выполнять аварийное отключение насосов системы водоснабжения дома, выполнять аварийное отключение подачи воды, управлять запасами воды, информировать пользователя об отключениях подачи воды в дом, передавать информацию на smart устройства через GSM информатор.

Система позволяет осуществить следующие функции умного дома:

- контроль протечки воды во всех помещениях,

- быстрое отключение водоснабжения в случае обнаружения протечки,

- экстренное перекрытие кранов отопления всего дома в случае аварийной ситуации,

- быстрое отключение насосов подкачки воды водоснабжения в случае обнаружения аварии,

- измерение остатка объема воды в накопительной системе, информирование пользователя системы умный дом об уровне воды,

- принятие решения о переходе на режим экономии воды в случае необходимости и передача информации пользователю системы управления умного дома,

- управление уровнем воды в накопительной системе путем управления работой насосов и кранов системы,

- обмен воды в накопительной системе, освежение воды путем частичной замены,

- передача информации о работе системы водоснабжения дома на smart устройства пользователя через GSM модуль,

- поддержание работоспособности исполнительных устройств,

- снижение уровня расходования воды, снижение стоимости водоснабжения, умное управление ресурсами.

Электроснабжение

Прежде чем приступить к разводке системы «умный дом» необходимо составить детальный проект для монтажа кабеля, электрощитков и всех элементов. При простых электромонтажных работах электрик сам решает организацию электропроводки, но в «умном» доме все решения принимаются на стадии проектирования жилья и выполняются строго по проекту.

Со стороны организации электропроводки потребуются все стандартные приборы: автоматы, устройства защитного отключения, дифавтоматы. Единственное отличие от простой электросети: один провод соединяет каждый выключатель с лампочкой. В системе «умный дом» используются провода двух типов:

- силовой;

- слаботочный.

Каждый из таких кабелей напрямую подключается к электрощиту. Сначала сигнал идет по слаботочному проводу, далее попадает на силовой, и в конечном итоге питание подается на электрооборудование. Систему управления приборами «»умного дома» можно запрограммировать таким образом, чтобы, например, освещение включалось по всему дому или только в отдельных комнатах.

Главное преимущество такой проводки состоит в простоте и комфорте управления всеми приборами дома. Под приборами подразумеваются не только лампочки света, а также моторизованные шторы, бытовая техника, светильники и др. Еще одно из преимуществ - небольшое количество кабеля. Слаботочный кабель проходит через все выключатели дома/квартиры, соединяя их с щитком автоматики. Таким образом, длина кабеля зависит не от количества приборов (а таких в доме достигает большого количества), а от площади помещения. Силовой кабель имеет небольшую длину за счет того, что проходит к каждому прибору напрямую.

Недостатки:

- во-первых, очень высокая стоимость оборудования, монтажа и обслуживания. Траты на такую систему не окупятся долгое время

- второе - выход из строя оборудования. Замена или ремонт обойдутся очень дорого, а найти электрика, специализирующегося на такой электропроводке, не всегда возможно во всех регионах

- третье - наличие специально отведенного места под установку всего электрооборудования. Для такого оборудования необходим постоянный доступ к бесперебойному источнику питания.

Освещение

Наверняка каждому из вас знакома ситуация, когда в спешке или по рассеянности кто-то из членов семьи забывал выключить свет и лампочки целый день наматывали лишние киловатты. Кроме того, многих наших заказчиков очень раздражает наличие выключателей, утыканных по всему дому, неравномерное распределение света в комнатах и прочие нюансы, связанные с плохо продуманной системой освещения.

Умное освещение в доме или квартире подразумевает монтаж множества датчиков, выключателей, источников света и приборов управления, интегрированных в единый комплекс. Исходя из комплектаций и типов интеграции, выделяют следующие виды систем управления светом:

- Локальные - предоставляют возможность управления освещением в каждой из зон помещения, при желании регулируя яркость любого из источников света в комнате.

- Глобальные - системы, объединяющие под своим началом всё умное освещение дома (лампы, диоды, ночники, уличные фонари, светодиодные ленты и даже подсветка), и позволяющие управлять источниками света с единой панели (в качестве которой может выступать: настенная панель, мобильные устройства, пульты управления, брелоки и прочие устройства).

Зональное освещение

Времена, когда в каждой комнате горела люстра с несколькими лампочками постепенно отходят в прошлое. Сегодня пользователи всё чаще заказывают установку «умного света» для того, чтобы обеспечить в своём доме зональное освещение и иметь возможность настраивать его согласно собственным предпочтениям. Таким образом, принимая гостей, вы сможете включить полную иллюминацию, тогда как, пожелав уединиться с любимым человеком, или просто посмотреть вечером телевизор, достаточно будет включить светодиоды с мягким приглушённым светом. Кроме того, благодаря датчикам присутствия и диммерам, лампы будут загораться только в том месте, где вы находитесь в данный момент и автоматически гаснуть, едва лишь вы покинете помещение.

«Умная» экономия электроэнергии

Исследования подтвердили тот факт, что правильно смонтированное и настроенное освещение умного дома позволяет сэкономить около 30-ти % средств по счетам за электроэнергию. Такое энергосбережение возможно благодаря слаженной работе системы датчиков, зажигающих свет лишь в тех комнатах, где находятся люди. Вместе с тем готовые решения по освещению «Умного дома» можно с лёгкостью подстраивать под погоду и сезон, а также варьировать интенсивность освещения в зависимости от времени суток.

Реализация систем освещения в доме может быть самой разнообразной, начиная с установки обычных энергосберегающих лампочек и настенных выключателей, и заканчивая световым управлением «Умного дома». Одной из последних инноваций, появившейся на рынке буквально несколько лет назад, являются светодиодные ленты для подсветки.

Нестандартные решения для вашего интерьера

Для того чтобы придать комнате оригинальности и яркости не обязательно обставлять её дорогой мебелью и делать там шикарный ремонт. Попробуйте заказать светодиодные ленты в «Умном доме» и установить её по периметру помещения или же организовать при помощи данного элемента подсветку ниш и прочих архитектурных решений дома (аквариум, небольшой фонтан и т.д.).

Основным преимуществом умной светодиодной ленты является её относительная дешевизна и простота обработки. Стоит отметить, что RGB-ленту легко разрезать, согнуть или спаять, а также прикрепить на предметы мебели и стены с помощью самоклеящейся ленты. Кроме того эксплуатационные характеристики данного изделия отличаются низким энергопотреблением и долгим сроком службы. Особой популярностью пользуются разноцветные умные LED-ленты. Благодаря таким нехитрым устройствам вы можете воплотить в жизнь оригинальные художественные идеи и создать определённое настроение, используя для этого богатую гамму цветов.

Интеграция светодиодной ленты в систему «Умного дома»

На сегодняшний день управление светодиодной RGB-лентой осуществляется посредством нескольких способов. Самым простым из них считается обычный контролёр, регулирующий яркость и меняющий палитру цветов в ручном режиме. Такой вариант прост в монтаже, но при этом не может в полной мере продемонстрировать все преимущества светодиодной ленты.

Лучшим решением для создания неповторимой атмосферы дома является установка гибридной RGBW-ленты, способной генерировать, как обычный белый свет при стандартном освещении помещений, так и множество других цветов и оттенков. Интеграция светодиодных лент в систему «Умный дом» и управление светом с помощью настенных панелей управления, мобильных устройств и специальных контролёров позволит за считанные секунды подобрать вариант подсветки, который будет лучше всего соответствовать вашему текущему настроению.

Одним из самых оригинальных вариантов интеграции светодиодных лент в систему «Умного дома» является программирование определённых сценариев их работы. В этом случае контролёр светодиодных лент вам практически не понадобиться, поскольку переключение освещение в разные режимы работы будет регулироваться всего одной кнопкой или касанием экрана мобильного устройства. Так, например шумная вечеринка в компании друзей может сопровождаться светомузыкой, тогда как романтический ужин будет проходить под аккомпанемент приглушённого освещения с плавно меняющейся гаммой цветов.

Вентиляция

При установке вентиляции в комплексе системы «умный дом», необходимо заранее продумать способы управления этой полезной функцией. Среди нескольких вариантов, большой популярностью пользуется установка нужных параметров, которые система поддерживает постоянно в автоматическом режиме.

Для экономии электроэнергии, многие владельцы «умных домов» предпочитают использовать дополнительные функции управления:

Автоматическое отключение вентиляции, когда дома никого нет. Система останавливает работу вентилятора при постановке дома на охрану, или срабатывает только на сигналы датчика движения или света.

Использование датчиков углекислого газа. Современные технологии позволяют настроить вентиляцию таким образом, что срабатывает она только в присутствии людей. Особенностью является ускорение режима, если в помещении слишком много народа.

При помощи заслонок к сервоприводами, можно установить воздухообмен только в нужных помещениях.

Управлять системой вентиляции можно через единый центр или при помощи пульта, в зависимости от выбора владельца дома. Гораздо удобнее установить нужные параметры один раз, после чего наслаждаться приятным микроклиматом.

Система вентиляции выполняет две основные функции:

- обеспечивает крепкое здоровье, повышая уровень кислорода в доме;

- комфорт в любом помещении дома, в любое время суток.

Газоснабжение

Газораспределительная сеть, которая находится в Вашем доме, распределяет газоснабжение по всему дому, будь то котельная, баня, электрогенератор, теплицы. Чтобы внутренний газопровод дома был безопасен, нужен качественный монтаж всех систем. Так же необходима система контроля за газом. Установка датчиков протечки газа и подключения к системе управления обеспечит надежность использования газовых агрегатов, и безопасность.

Управление и контроль системой газоснабжения

Наличие газа в доме дает массу возможностей для его обитателей. Также газ - это одна из самых опасных вещей для жизни и здоровья человека.

Система «Умный дом» имеет свою особую настройку, которая обеспечивает полноценный контроль и управление газом. При установки газопровода в самые опасные места монтируются и датчики, которые улавливают утечку газа и сигнализируют об аварийной ситуации. Как и все автоматизированные системы «Умного дома», газоснабжение не только поставляет газ, сигнализирует об утечке, но и одновременно изолирует опасное помещение от всех других жилых блоков квартиры или частного дома.

Главная цель газоснабжения «Умного дома» - снижение ущерба от возможного взрыва или возгорания дома в результате утечки газа, а также избежание человеческих жертв. Т.к. «Умный дом» - это интеллектуальная система, то посредством передачи данных через средства связи, об утечке газа информируется сам хозяин дома, а также близлежащая аварийная служба. Все это происходит автоматически и защищает дом от разрушения даже во время отпуска хозяина, командировки или другого повода отсутствия дома.

Верная инсталляция этой системы и ее правильная настройка гарантируют отменную работу, а также своевременное предупреждение несчастного случая.

Отопление

Теплопроводность стен и потолков, качество окон, наличие сквозняков и влажность воздуха, тип отопительной системы и способ подачи тепла - всё это влияет на климат внутри помещения. Пример комплексной системы отопления приведен на рисунке 2.4

Современные системы отопления могут функционально различаться: это и классические радиаторы, и «тёплые полы», и конвекторное отопление. В загородных домах устанавливаются индивидуальные котлы для обогрева и обеспечения горячей водой, в квартире же могут использовать бойлер.

Умное отопление это комплекс систем необходимых для подержания оптимальной температуры в доме.

Рисунок 2.4 Комплексная система отопления

Умная система отопления дома не будет иметь особого позитивного эффекта (особенно, в финансовом плане), если не устранить конструктивные дефекты изоляции строения, из-за которых случается тепло потеря.

Всё это может быть подконтрольно единой системе, которую и называют «умным домом». Это управляющий компьютерный блок, связанный с домашней техникой, а также с внутренней и наружной системой датчиков температуры. Сообразно информации датчиков и заданного режима, такая система способна понижать или повышать температуру в помещении. Кроме того, она может регулировать количество горячей воды готовой к использованию в бойлере.

Если пытаться реализовать систему отопления «умный дом» своими руками, положительных эффектов вполне можно добиться даже не объединяя системы отопления под общим контролем компьютера.

На обогревающие элементы и узлы отопления можно установить контроллеры, связанные с температурными датчиками внутри помещения. После этого обогревательным приборам можно будет задать режим работы (порядок включения и выключения по времени или при достижении температурой определённой величины).

Минусы этого решения следующие:

- каждый такой прибор придётся настраивать отдельно;

- он не будет согласовывать свою работу с другими системами дома;

- каждая отдельная система не будет реагировать на изменение температуры извне, поскольку таких данных у неё просто нет.

Более эффективным решением является создание системы обогрева помещения под управлением единого контрольного блока, которому можно будет задавать общий режим работы (с учётом особенностей функционирования для каждой группы обогревательных приборов отдельно).

Как для простой, так и для объединённой системы отопления, удачным решением будет определить температурные зоны, задавая отдельные параметры отопления для каждой из них. Умный дом, отопление которого настроено подобным образом, будет обогревать сильнее жилые помещения, с меньшей активностью давать тепло гаражу, и следить за тем, чтобы не поднималась температура в винном погребе.

Погодозависимый регулятор отопления - один из ключевых элементов для создания комфорта с помощью «умного дома». Внешний температурный датчик позволяет соотнести температуру снаружи помещения и внутреннюю, а затем по заданной кривой такого соотношения определить режим работы без вмешательства человека.

Погодозависимый регулятор отопления будет контролировать обогрев помещения, реагируя на изменения погоды снаружи: равномерно повышать температуру при похолодании, или же, прекратит обогрев, если на улице жарко.

Поскольку погодный регулятор отопления реагирует на внешнюю температуру, он может по заданной программе поддерживать тепло и не допускать перерасхода. Умное отопление загородного дома понизит температуру, когда обогревать помещения не нужно (если хозяева уехали).

Комплексный подход подразумевает управление отоплением в сочетании с контролем работы вентиляционной системы и системы водоснабжения. Это позволяет реализовать полноценное поддержание определённого климата в доме, с учётом влажности воздуха и показателями температуры в разных помещениях.

Вы можете задать различные сценарии работы всем подконтрольным «Умному дому» системам, и реализовать функцию оповещения, если какая-либо из подсистем выйдет из строя.

Кроме того, можно использовать мобильную связь, чтобы давать команду системе. Умное отопление загородного дома начнёт подготовку жилых помещений к приёму гостей по такому сигналу заранее.

Комплексное управление отоплением, вентиляцией, водоснабжением и электричеством в системе «Умный дом» в результате даёт экономию на энергоносителях и повышает энергоэффективность.

Плюсы и минусы системы управления отоплением «Умный дом»

Управление отоплением с помощью «умного дома» позволяет добиться следующего:

- климат в доме или любом выбранном помещении будет точно соответствовать ощущению комфорта хозяина, в соответствии с выбранной им программой работы нагревательных приборов;

- автоматизированный контроль отопительной системы сможет существенно понизить расход энергии;

- интеллектуальное управление бытовых подсистем дома позволит их контролировать дистанционно и не беспокоится о возможных поломках (компьютер среагирует на неисправность).

Минусом же подобных технологий пока остаётся доступность в силу достаточно высокой стоимости оборудования и установки системы.

Канализация

Чистота дома, свободный доступ к водоснабжению и отсутствие сторонних запахов - всё это во многом способна обеспечить интеллектуальная система управления канализацией. Современная «умная» автоматизация водоснабжения и канализации является хорошим решением для частного дома или дачи. Система не только выполняет функции централизованного вывода отходов, но и берет на себя все хлопоты по общему контролю ситуации и своевременному оповещению хозяина.

Правильное подключение и управление канализацией на основе автоматизированных интеллектуальных систем имеет существенные преимущества. Технологичная автоматика не только позволяет обеспечить своевременный ввод зданий в эксплуатацию, но и выполняет следующие функции:

- контролирует работу септика;

- управляет дренажным насосом;

- осуществляет контроль протечек воды;

- следит за температурой в сливных резервуарах, предупреждая возможное промерзание системы;

- контролирует наполнение сливной емкости;

- непрерывно следит за состоянием и исправностью всего оборудования;

- в случае переполнения сливного резервуара или возникновения другой внештатной ситуации - информирует хозяина.

В результате этого, умная система управления канализацией и водоснабжением позволяет:

- создать оптимальные условия эксплуатации зданий и помещений;

- повысить комфорт жизни человека внутри дома;

- избавить хозяина от лишних забот;

- минимизировать риск возможных аварийных ситуаций;

- снизить расходы на обслуживание;

- исключить (максимально снизить) вред для окружающей среды в результате возможного разрыва канализационной системы, сопряженного с утечкой отходов из труб;

- наиболее эффективно использовать возможности домашней канализации.

Система канализации готова в любой момент предоставить информацию о состоянии оборудования и текущей ситуации в ответ на СМС запрос хозяина.

Автоматизация канализации и систем водоснабжения позволяет упростить и обезопасить быт, избежать рисков «простоя». Умное управление септиками и насосами контролирует своевременный вывод всех нечистот из дома, поддерживая необходимые санитарно-гигиенические условия. Регулярное удаление отходов является лучшей мерой предупреждения нежелательных запахов в доме. Автоматика непрерывно следит за состоянием труб и резервуаров. Если возникает проблема, которую система не в силах решить самостоятельно, центральный блок незамедлительно оповестит об этом хозяина.

Рассмотрим подробнее вспомогательные системы жизнедеятельности:

Система безопасности

Система безопасности в «умном доме» - это модуль, проводящий ряд мер по созданию безопасного состояния людей, которые находятся в нем, а также сохранности имущества от посягательства злоумышленников. Для обеспечения этого должны быть соблюдены три главных аспекта: система охраны и пожаротушения, организация наблюдения при помощи видеокамер. А также наличие надежного контроля доступа. Оптимально интегрированная в систему «умный дом» сигнализация служит не только для охраны от несанкционированного вторжения, но и в качестве пожарного, газового контроля, протечки воды и т. д (рисунок 2.5).

Рисунок 2.5 Система охранной сигнализации

Среди большого разнообразия датчиков можно выделить:

- Акустические - датчики, способные реагировать на амплитудные изменения звуков в помещении;

- Инфракрасные - датчики, реагирующие на движение;

- Вибрационные - те датчики, которые подвергают анализу передвижения предметов или механические воздействия на них;

- Герконы - датчики, анализирующие магнитное поле и своевременно предупреждающие о разгерметизации сейфов или взломе объектов.

Внутренняя и внешняя охрана

Правильное проектирование системы безопасности, как правило, должно иметь основные контуры ее обеспечения:

- Внутренняя охрана. Технические устройства данного контура состоят из датчиков, приводов устройств регулировки, а также механизмов исполнения. Как отдельный аспект рассматривается противопожарная система защиты, которую можно интегрировать в систему климат-контроля температурного параметра. Эта система бывает пассивной - применение сигнализации, информирование сообщением, а также - активной, включающей, например, устройства для тушения пожара, отключение подачи электроэнергии, перекрытие газа и другие действия.

- Охрана периметра. Основными функциями являются контроль над дверями и окнами, а также иными предметами для несанкционированного вторжения внутрь помещения. Установленные датчики могут реагировать, например, при открывании дверей или окон или на разбитие стекол.

- Осуществление контроля над территорией, прилегающей к дому.

- Охрана подконтрольной территории. При ее осуществлении контролируются калитки, ворота, верх забора и другие объекты.

Дополнительные функции

Для качественной охраны могут быть использованы в качестве дополнения отдельные функции, которые способны:

- имитировать присутствие хозяина, когда его долго нет в доме, с помощью света и звукового сопровождения;

- определить и предотвратить возникшую чрезвычайную ситуацию;

- выключить временно электричество при перегрузке;

- сообщать хозяину по телефону или электронной почте обо всех непредвиденных ситуациях.

Кроме этого система безопасности вкупе с иными системами «умного дома» может намного увеличить свою эффективность. В связи с этим следует обратить внимание на устройства GSM-сигнализации.

Система кондиционирования

Умная система кондиционирования, позволяет на управлять температурой и чистотой воздуха в доме даже не находясь в нем.

Возвращаясь с работы, вы приходите в проветренный и прогретый дом, где воздух свежий и чистый, но при этом оптимальный для вас.

Умная технология кондиционирования может работать как по заданной программе, так и вручную можно выставлять необходимую для вас температуру. Команду можно дать через компьютер или смартфон. Некоторые люди, которые полностью оборудовали свое жилище высокими технологиями, даже имеют собственный сайт на локальном сервере, где отражаются все показатели различных систем.

Система кондиционирования работает без управления владельцем дома по заранее заданной программе, то у нее есть определенный алгоритм. Во-первых, такая система никогда не будет работать одновременно с обогревательными приборами. Во-вторых, система кондиционирования в “Умном доме” связана с другими установками. Это значит, что она реагирует и на их показатели в том числе.

Система соединена с датчиками температуры, она начинает охлаждать, как только температура в комнатах достигает определенного значения. При открытии окна, чтобы впустить прохладу кондиционер тут же отреагирует на это и перестанет работать. В “Умном доме” устанавливается кондиционирующая система с ионизатором воздуха и увлажнителем. Ионы очень полезны для здоровья и отлично влияют на самочувствие.

Установка системы производится специалистами. Однако, некоторые изобретатели стараются сделать ее своими руками. Если в этом есть необходимость, то уже лучше монтировать готовую систему “Умного дома”, чем соединять между собой разнородные устройства. Это может привести к сбоям в работе.

Охранно-пожарная сигнализация

Система безопасности «Умный дом» - это комплекс датчиков и исполнительных устройств, которые помогают обеспечить безопасность хозяев, предотвратить пожар, протекание воды и утечку газа и др.

Система известит вас о несанкционированном проникновении на территорию посторонних лиц, включит исполнительные устройства при возникновении пожара.

Использование домофона на входе в дом позволяет:

- наблюдать входящего в дом человека и принимать решение о допуске на личную территорию

- фиксировать изображения входящего человека

- вести разговор на безопасном расстоянии и в случае экстренных ситуаций вы будете безопаснее

Датчики движения реагируют на изменение теплового поля в помещении. Настраиваются на игнорирование домашних животных.

Магнитно-контактный датчики на окнах и дверях, реагирует на открывание, при размыкании датчика информация сразу же поступает на панель управление, сигнализируя сигнал тревоги (красная лампочка на панели управления мигает, если оставлены открытыми окно или дверь).

Акустический датчик реагирует на звук разбитого стекла и посылает сигнал хозяину на смартфон.

Вибрационный датчик устанавливается на внутренней стене дома для предотвращения ее пролома.

Датчик задымления подает тревожный сигнал при появлении дыма. Он устанавливается на потолке.

Датчик температуры, при возникновении повышенных температур в комнате, подает сигнал тревоги.

Датчик протечки воды - устанавливается на полу, при возникновении протечки датчик происходит закрытие воды.

Датчик утечки газа реагирует на повышение концентрации газа в воздухе, при его повышении происходит перекрытие клапана газа.

Мобильная тревожная кнопка размером с брелок. Она незаменима в случае внезапного возникновения опасности для жизни и здоровья человека, нажимая на нее, вы посылаете сигнал тревоги на панель управления.

При получении сигнала тревоги начинают действовать исполнительные и устройства.

Исполнительные устройства охранной сигнализации:

- включают свет на охраняемой территории

- подают звуковой сигнал (сирену)

- блокируют входные двери

- включают видеорегистратор для документирования тревожного события

Исполнительные устройства пожарной сигнализации:

- осуществляют пожаротушения с помощь порошковой системы

- отключают энергопотребление

Коммунальные исполнительные устройства:

- отключают электроклапана на трубопроводе подачу воды или газа

Для исключения случаев ложного срабатывание система отправляет сигнал тревоги, получая его с нескольких датчиков.

Внедрение пожарно-охранной сигнализации с интеллектуальной системой «умный дом» позволяет контролировать жилое помещение по нескольким параметрам. Это температура в помещении, уровень освещения, открытие/закрытие жалюзи на окнах, а также передавать сигнал тревоги по определенным номерам.

Способы передачи тревожного сигнала

При возникновении тревожной ситуации сигнал передается, используя телефонные сети, GSM связь или интернет. В первом случае вы получаете заранее заготовленное голосовое сообщение, во втором SMS текст, а в третьем информирование на смартфоне.

Система пожарно-охранной сигнализации - это способ предотвратить значительный ущерб, причиняемый пожарами и другими коммунальными проблемами, а также злоумышленниками. Вы можете быть в отпуске или командировке, и не тревожиться за безопасность своего дома.

Система мультимедиа

Система мультирум, необходима для управления разнообразной аудио и видео аппаратурой находясь в любой точке дома, то есть получить доступ ко всей медиа системе. Система состоит из комплекта оборудования, предназначенного для хранения аудио и видео файлов на сервере, системы преобразования, а также передачи сигналов, и устройств, принимающих эти сигналы.

Источниками сигнала в мультируме:

- внешние (локальные интернет и компьютерные), а также спутниковые;

- внутренние мультимедийные устройства: плееры с поддержкой различных форматов (BRD , DVD , CD, USB), а также различные подключенные устройства (iPhone, iPod и другие).

Мозгом в системе мультирум можно назвать медиа сервер, выступающий в роли мощного компьютера, отвечающего за преобразование сигналов и воспроизведение записей. Распределение сигналов по комнатам происходит с помощью маршрутизатора, а блок управления координирует исполнительные функции Multiroom.

Мощный и функциональный медиасервер в комплексе с несколькими источниками сигналов может занимает немало места, для этого отводится отдельный шкаф, или даже небольшое помещение вроде гардеробной/кладовой.

Возможности и преимущества системы мультирум

Заказав систему мультирум в квартиру или дом, вы на личном опыте сможете убедиться, как удобно:

- Одновременно управлять видео и звуком в каждой из комнат вашего дома;

- Использовать один комплект источников для всех помещений;

- Локально или массово приглушать звук в ручном/автоматическом режиме при звонке на телефон или в дверь вашего дома;

- Пользоваться интерком связью в пределах жилища (особенно если там много комнат);

- Наслаждаться преимуществами «следящего звука» (когда система следит за вашими перемещениями и включает музыку или изображение лишь там, где вы находитесь);

Смотреть любимые фильмы или слушать музыку даже там, где раньше это было невозможно (в ванной комнате, в бассейне, на придомовой территории и т.д.)

Интернет и ТВ

На сегодняшний день нельзя себе представить жизнь без Интернета. Спутниковый Интернет представляет собой соединение через спутник. При этом сигнал подается на специальную антенну (приемник), а уже потом - на устройства в доме. Оборудование для установки и настройки спутникового Интернета стоит недешево, зато качество интернет трафика оправдывает все затраты на его приобретение.

Виды спутникового соединения Интернет:

- Односторонний(one-way)

В one-way подключении входящий сигнал идет со спутника, а исходящий - по наземным телекоммуникациям или через мобильный Интернет. Скорость одностороннего (ассиметричного) Интернета не такая высокая по сравнению с двухсторонним, но зато стоимость интернета не так велика. Связано это с сокращением расходов на обратный трафик. Асимметричный вариант более популярен и доступен для рядовых абонентов.

- Двухсторонний (two-way)

У симметричного Интернета (two-way) входящий и исходящий каналы проходят через спутник. Связь осуществляется через модем-передатчик, настроенный на сигнал. Спутниковая антенна выполняет роль передатчика, передающего информацию со скоростью 1 Мб/с. Стоит подобный Интернет дорого, но и качество здесь превосходное. Из-за высокой цены two-way используется очень редко, в основном для организаций, расположенных в отдалении от больших городов.

Преимущества спутниково интернета:

- невысокая цена трафика по сравнению с GPRS и DSL; хорошая скорость даже при плохой работе наземной линии связи;

- способность развить более высокую скорость, чем наземные виды подключения, такие как GPRS и DSL;

- возможность подключения к спутниковому телевиденью; подключение к Сети в любой точки местности, относящейся к зоне покрытия спутника;

- быстрый ввод оборудования в эксплуатацию;

- простота в использовании.

Почувствовать все положительные моменты использования спутникового Интернета можно только при самостоятельном применении этой услуги.

Недостатки:

- принимающая антенна должна быть строго ориентирована на спутник, в противном случае будет не качественный сигнал вследствие чего возможно отсутствие интернета;

- стоимость подключение и тарифы на спутниковый интернет;

- расходы на содержание спутника достаточно высоки.

3. СОЗДАНИЕ ПРОЕКТА «УМНОГО ДОМА»

3.1 Обзор проекта дома

Проект «Умный дом», рассматриваемый в данной работе будет реализован в обыкновенном одноэтажном дачном доме с мансардой.

Часть первого этажа занимает гостиная-столовая. От кухни гостиную отделяет открытый арочный проем. В холле находится лестница на другие этажи, рядом с лестницей расположен вход в кабинет, который можно будет использовать как спальню для гостей.

В мансарде расположенные две спальни. Одна из спален с балконом.

Вся планировка выполнена в перегородках и при желании может быть изменена.

Высота 1-го этажа - 2,7 м, 2-го этажа - 2,7 м.

Габаритные размеры дома - 6000 х 8000 мм.

3.2 Вариант компоновки

Вариант компоновки «Умного дома» показаны в приложениях 1 и 2.

На планах показаны варианты размещения отдельных компонентов «Умного дома» по помещениям. Все кабеля были уложены в кабель каналы, смонтированные над потолком и проведены к серверу на 1 этаже дома. Условные обозначение элементов «Умного дома» приведены в таблице 1.

...