Система умный дом: описание и принцип работы

Что такое измерительные приборы, датчики и сенсоры в системе умный дом.?

Эти устройства –  как органы обоняния и осязания для человека: они дают представление о происходящем в окружающей среде. Благодаря современным измерительным приборам, датчикам и сенсорам (коих разнообразие на сегодня очень велико), на контроллер системы умный дом поступают данные о температуре, влажности, степени освещенности и атмосферном давлении снаружи и внутри помещения.

На рисунке датчики с элементарными функциями

Имеются контрольно-измерительные приборы для контроля состояния инженерных коммуникаций: давления и учета расхода воды и утечки газа с электронным интерфейсом, позволяющим передавать эти данные интеллектуальной системе умного дома, которая будет строить отчеты и отправлять их хозяину.

Датчики и сенсоры аналоговые традиционного образца используют в качестве передачи данных низковольтный ток до 24 В, как правило, и электрическую проводку малого сечения в качестве среды передачи. К примеру, самый элементарный датчик света содержит фотоэлемент с входом и выходом, через который проходит фаза низковольтного тока. Этот фотоэлемент меняет сопротивление при попадании на него света, таким образом, выдавая различные параметры тока в разное время суток.

На рисунке — элементарные аналоговые датчики, реагирующие на бытовой и углекислый газы

Контроллер получает эти значения, обрабатывает их и, соответственно, посылает сигнал о включении/выключении групп осветительных приборов, а также регулировании уровня освещения (при наличии диммера). Примерно аналогичная система, только с разными рабочими элементами, имеется в датчиках контроля температуры (на основании их данных интеллектуальная система умный дом управляет обогревом), движения и шума (свет, сигнализация), утечки газа и воды (управление клапанами, перекрывающими газ и воду) и многое другое.

Датчики и сенсоры цифровые нового поколения имеют расширенный функционал и являются интеллектуальными устройствами. Например, современные многофункциональные датчики движения, способны не просто выводить данные на контроллер в двух параметрах: 1 («да», есть движение) или 0 («нет», нет движения).

На рисунке — цифровой датчик контроля влажности воздуха

Они способны измерять расстояние от датчика до движущейся цели, засекать задержки при передвижении объекта и многое другое. Все это обрабатывается встроенным в датчик микропроцессором и подается на контроллер в виде цифровых сигналов. Стоит отличать датчики от контрольно-измерительных приборов: датчики и сенсоры засекают события, а контрольно-измерительные приборы засекают физические величины измеряемого тела, объекта (скорость, вес, оббьем и т. д.).

Контрольно-измерительные приборы – это более сложные в отличие от простых аналоговых сенсоров аппараты, которые вмещают в себе новые технологии умный дом и контролируют широкий диапазон параметров, предоставляют их физические единицы измерения. Цифровые барометры, счетчики воды и газа, того же напряжения – все это контрольно-измерительные приборы.

Контрольно-измерительный прибор температуры и расхода горячей воды

В отличие от аналоговых приборов и датчиков, современные цифровые, имеют собственную систему вычисления на основе простого микропроцессора; они обрабатывают сигналы и в готовом виде подают данные на контроллер умного дома, тем самым частично разгружая его процессор. В качестве среды передачи данных цифровые контрольно-измерительные приборы и датчики используют специальный интерфейс.

Виды связи устройств

Так как все домашние системы контроля в любом случае используют электричество, то существует два класса систем:

1. Проводные.
2. Беспроводные.

Изначально все охранные системы были проводного типа. Несмотря на всю сложность монтажных и пусконаладочных работ такие системы обладали одним несомненным преимуществом — надежность.

Конечно, ничто не мешает и в системах «умные дома» применять проводную схему, но более современный вариант — беспроводной.

Беспроводные системы бывают просто выгоднее в плане времени на развертывание и подключение всего комплекса. Помимо этого если для устройства проводного комплекса без услуг профессиональных специалистов различного рода никак не обойтись, то беспроводную систему вполне под силу развернуть в своем доме самостоятельно, как говорится, своими руками.

Кроме того ассортимент различных датчиков и автоматизированных исполнительных элементов беспроводного типа постоянно расширяется. Поэтому дополнить свой «smart house» новым прибором не вызовет значительных проблем.

Конечно, есть и определенные неудобства систем такого класса:

• На качество радиосигнала могут влиять как электрические помехи, так и погодные условия;
• Периодическая проверка и замена элементов питания.

Технологии умного дома

Иными словами эта технология представляет собой систему домашней автоматизации. Это набор электроприборов, которые способны самостоятельно принимать решения и осуществлять монотонные ежедневные домашние обязанности. В целом умные системы управления являются набором огромного количества технологий, которые можно совмещать исходя из потребностей жильцов дома. Площадь и число пользователей также влияют на выбор концепции Smart Home. Для частного дома актуальны умные автоматические ворота и двери, тогда как для отдельно взятой квартиры модули с микроконтроллерами встраиваются в мультиварки, осветительные и другие бытовые электроприборы.

Основными компонентами умного дома являются:

• датчики, анализирующие условия окружающей среды;
• хаб, или центральный контроллер, обрабатывающие данные и принимающие решения;
• электроприборы, осуществляющие различные бытовые задачи.

Системы управления освещением

Освещение придомовой территории и жилого пространства включает комплекс механизмов и оборудования. Это позволяет выбирать любые режимы работы. Пользователю доступны следующие параметры: световое оповещение о событиях, программирование «световых сценариев» для выделения определенных предметов интерьера, и создание алгоритмов для чтения, приготовления обеда и прочих мероприятий. Переключение источников светового потока с энергосберегающих ламп на естественное освещение осуществляется посредством автоматизации штор, жалюзи или ставней.

Умные лампочки оснащены опцией изменения яркости в зависимости от условий окружающей среды. Также для экономии электроэнергии встроенные детекторы движения включают свет только в присутствии людей. Включать и отключать световые приборы можно и с помощью голосовых команд, принимаемых смартфоном.

Системы отопления вентиляции и кондиционирования

Создание комфортных условий обеспечивают радиаторы отопления и система кондиционирования, которые объединяются в единый комплекс умным домом. Для стабильной работы они работают независимо от прочих элементов Smart Home. Это позволяет в случае сбоев другого типа техники продолжать создавать идеальный микроклимат.

Встроенные микроконтроллеры позволяют системе умный дом:

• понижать температуру до комфортной в летний период;
• автоматически регулировать уровень влажности посредством увлажнителей, осушителей и ионизаторов;
• обеспечивать подачу свежего потока воздуха через кондиционеры, фанкойлы и вентиляторов.

Системы безопасности

Защитить жильцов дома от злоумышленников, выхода из строя сантехники и прочих неблагоприятных ситуаций позволяют современные умные системы безопасности. К примеру, для автоматизации работы водопроводных систем, на них устанавливают современные запорные клапаны, которые перекрывают воду, когда все жильцы дома на работе или в отпуске, а также при обнаружении протечек. Это позволит сэкономить средства на ремонт помещения и на возмещение ущерба соседям этажом ниже. Умные замки автоматически откроют двери владельцу дома. Обнаружив задымленность, умный дом автоматически запустит систему дымоудаления и пожаротушения. Датчики открывания дверей или створок окон при несанкционированном доступе посторонних, вызовут охранные и прочие службы.

Системы наблюдения

Пользователь может контролировать все происходящее в доме с помощью видеодомофонов, камер и датчиков. На устройство может поступать постоянный видеопоток через интернет соединение  либо периодические дистанционные уведомления.

Датчики

Функционирование системы умного дома выполняется за счёт команд, получаемых центральным контроллером от пользователя либо от датчиков. Встроенная программа управления передает технике сигналы для включения в определённое время согласно расписанию, или самостоятельно выбирает режим работы, полагаясь на показания датчиков.

К примеру, данные с термометра позволяют настраивать работу отопительной системы и кондиционирования. И также если датчики зафиксируют несанкционированную активность в доме, то умный дом распознает это как сигнал для запуска сигнализации или отправления уведомления охранной службе. В качестве датчиков устанавливаются индикаторы протечек,  задымлённости, движения, и термостаты.

Умные розетки

Интеллектуальные розетки представляют собой наиболее простые элементы, которые управляются через wifi, gsm или Bluetooth соединение. Они позволяют контролировать использование бытовыми приборами электроэнергии дистанционно.

Что такое контроллер для системы умный дом.?

Контроллер умного дома – это аппарат, который руководит всеми потребителями, приборами, а также высылает отчет хозяину о состоянии этих потребителей. Руководствуется датчиками температуры, воздуха, света для контроля систем освещения, обогрева, кондиционирования. Может быть запрограммирован на совершение различных действий с течением времени, по временному графику. Кроме автономного режима, с контроллером можно связаться через специальный интерфейс (компьютерную сеть, мобильный оператор или радиосеть), и управлять вручную приборами.

Приборы, управляемые контроллером системы умный дом

Подбирать контроллер необходимо в зависимости от того, как Вы желаете построить архитектуру системы управления. Например, есть две разновидности системы управления: централизованная и децентрализованная. В основе централизованной системы управления лежит единственный высокопроизводительный центральный контроллер, который руководит всеми потребителями (приборами) и инженерными сетями в доме.

В случае децентрализованного управления, интеллектуальная система умный дом состоит из нескольких более простых контроллеров, каждый из которых несет функции по управлению определенной зоной – комнатой и всеми приборами в ней, отдельно группами освещения во всем доме, определенного назначения бытовыми приборами и т. д. (региональные контроллеры).

Центральный контроллер для системы умный дом современного образца представляет собой компьютер, заключенный в небольшой пластиковый корпус, имеющий собственную ОС (операционную систему), оперативную память и множество электронных компонентов коммутации (управления) сигналами: электронные реле, терристорные ключи и др.

Одна из комплектаций центрального домового контроллера системы умный дом (на борту модуль беспроводной передачи, USB, COM, Ethernet порты)

Также в зависимости от комплектации, может быть встроенный GSM модуль для удаленного управления через мобильный телефон, Wi-Fi передатчик для управления системой из любой точки дома и графический сенсорный или кнопочный интерфейс (ЖК экран). Кроме того, разъемы для подключения к компьютеру и/или сетевому оборудованию: Ethernet, USB.

Такой контроллер способен управлять интеллектуальной техникой, как холодильники, микроволновки, инженерные коммуникации и т. д. (если в самой технике предусмотрена такая функция), докладывая хозяину даже такие данные, как температура в холодильнике, входные-выходные звонки телефонной линии и многое другое.

Региональный контроллер, дискретный модулятор ввода-вывода – это маломощный логический электронный блок управления, на котором реализована технология умный дом (к сравнению, частота микропроцессора ЦК – около 500 мГц, РК – около 50 мГц), как правило, не имеющий операционной системы и настраиваемый системно. Его можно настроить на любые элементарные сценарии по времени или по сигналам тех или иных датчиков.

Программируемый контроллер системы умный дом с интерфейсом (разьемом для подключения к сети) Ethernet

Он руководит элементарными задачами и событиями. Например, датчик света, подключенный к нему, дает сигнал (при наступлении темноты); контроллер подает сигнал на исполнительное реле или группу для управления освещением. Также он уведомляет хозяина о каждом действии. Другими словами, дискретный модулятор ввода-вывода – это своего рода интеллектуальное программируемое электронное реле.

Состоит такой аппарат также из электронных компонентов коммутации сети и интеллектуальной части: микропроцессор с памятью. В нем (зависит от производителя и комплектации) может быть USB, интерфейс Ethernet и другие порты для управления, программирования и предоставления отчетов хозяину.

Система Умный Дом: возможности

Основная задача система Умный Дом для квартиры, — управление элементами домашней инженерии. С помощью системы происходит:

• Кондиционирование. Поддержание нужной температуры и влажности.
• Видеоконтроль, создание имитации присутствия, которое создает охранная система Умный Дом.
• Освещение. Управление открытием и закрытием штор. Настройка и включение света в зависимости от времени суток.
• Мультирум. Включение любимой музыки без установки аудио-оборудования.
• Продолжение работы при перепаде напряжения и при отключении электроэнергии.
• Переход на экономный режим во время отъезда. Активизация режима охраны.

Преимущества «Умного дома»

• Все составляющие системы «умного дома» работают согласованно. К примеру, при открытом окне не включится кондиционер, если во двор проник посторонний – загорится свет, а при работе генератора не включатся ненужные источники освещения.
• Управлять всеми устройствами очень легко – достаточно иметь беспроводной пульт или многофункциональную настенную панель. С помощью панели или пульта хозяин сможет прочитать все инструкции, необходимые для правильного управления домом, отдавать системе команды и следить за их выполнением.
• Инженерное оборудование такого дома работает самостоятельно. Например, теплые полы, система кондиционирования и радиаторы сами будут выбирать необходимую мощность для поддержания заданной температуры. А свет на участке безо всяких напоминаний будет зажигаться вечером, и гаснуть с рассветом.
• Есть внушительный выбор сценариев и режимов, которые делают управление домом еще более простым. Нажмите кнопку «Никого нет» — и во всем доме выключится свет, перекроется вода, а вентиляция перейдет на экономичный режим.
• Умный дом экономит электроэнергию, газ и другие ресурсы, продлевает срок службы дорогостоящей аппаратуры и бытовых приборов.
• Вовремя предотвращаются аварийные ситуации.
• Хозяин имеет возможность контролировать и управлять системами дома, даже находясь на большом расстоянии.

Система умного дома предоставляет своему владельцу массу преимуществ, а возможности, сценарии и количество режимов функционирования системы ограничиваются только фантазией и финансовыми возможностями заказчика. 

специально для best-stroy.ru, Елена Чабан

Специальные функции системы

Если владелец жилища уехал, а в это время на телефон придёт СМС, в котором сообщается, что протекла труба снабжения холодной водой, то система блокирует сломанный узел. Пользователь, приняв сигнал, сможет созвониться с сантехником и установить «сторожок» на видеокамеру у входа. Если к входу подойдёт человек, сработает сигнал, пользователь увидит, что прибыл непосредственно тот, кто требуется. Дистанционно открывается дверь, специалист приступает к своим обязанностям. В то же время, владелец в любом случае сможет увидеть, где и чем тот занимается. Когда авария устранена, сантехник уйдёт, а пользователь попросту дистанционно закроет дверь.

Зачем вообще он нужен

Всё очевидно: чтобы сделать вашу жизнь проще и лучше. Умный дом — это спокойствие и существенная экономия.

Начнём со спокойствия. Если переживания обо всём на свете для вас обычное дело, умный дом поможет избавиться хотя бы от тех тревог, что связаны с вашей квартирой. Не выключили утюг? Не беда, отправьте команду умной розетке, та живо его обесточит. Боитесь, что запущенная перед уходом из дома стиральная машинка вышла из строя и устроила соседям снизу аквапарк? Ничего страшного. Если она действительно подтекает, вам об этом моментально сообщит датчик протечек.

Что в итоге: вы меньше тревожитесь из-за несуществующих проблем и освобождаете мозг от лишних размышлений. Проверить, как дела дома, можно в любой момент с помощью смартфона.

Теперь об экономии. Многим это преимущество умного дома наверняка покажется сомнительным. Дескать, какая ещё экономия, когда надо купить несколько датчиков, розеток и видеокамеру? Поверьте, ощутимая. Взять ту же умную розетку — она умеет отслеживать, сколько энергии потребляет подключённое к ней устройство. В итоге вы можете вычислить самые прожорливые приборы и прилично сэкономить на оплате счетов. А сколько денег вы сбережёте, если датчик протечки вовремя сообщит о начинающемся потопе, и представить сложно.

В общем, умный дом — затея, которая полностью себя оправдывает. Жизнь без лишних тревог стоит куда дороже, чем несколько датчиков и розеток.

Что такое умный дом

Российское понятие «умный дом» и западное «smart house» – неравнозначные определения. В России в этот термин включаются системы управления мультимедиа устройствами (мультирум). В европейских странах мультирум и «умный дом» разделяются в соответствии с рыночными условиями.

История развития концепции умного дома

Началом развития концепции умного дома можно считать середину XX века. Именно тогда началась компьютерная эпоха, лежащая в основе системы. Тогда не было миниатюрным компонентов, выполняющих задачи, все модули были громоздкими, подключались к розеткам и работали с помощью перфокарт. Но выполнять задуманное они могли.

В 60х годах прошлого столетия Джеймс Сазерленд смог запрограммировать компьютер на включение приборов по определенному расписанию, связаться с датчиками слежения и сигнализации.

В 1978 году шотландская фирма Pico Electronics создала стандарт передачи информации, который является универсальным для домашней автоматизации. Компанией была реализована шина, которой производители могли оснастить бытовые приборы для автоматического управления. Подключалось все через розетки, дополнительно в комплектации были модули связи, пульты дистанционного управления, программы.

После создания единого стандарта началась эпоха экспериментов. Терминология «Умный дом» официально появилась в 1984 году от Американской ассоциации жилищно-строительных компаний. Далее к развитию системы присоединилась ассоциация электронной промышленности, которая помогла реализовать новый стандарт – CEBus.

Массово люди познакомились с умным домом благодаря фильму от компании Disney, в котором был показан компьютизированный дом. С нулевых годов массово стали появляться фирмы-производители. Настоящий прорыв совершила компания Apple, выпустив первый iPhone. С того времени возможности карманных компьютеров побудили инженеров произвести новые изобретения. К 2012 году в Америке было установлено свыше 1,5 миллионов систем домашнего управления.

Реальные задачи в системах умного дома

Умный дом включает в себя управление следующими системами:

• отопление, вентиляция;
• освещение;
• электричество;
• вода;
• газ;
• видеонаблюдение;
• охранная и пожарная безопасность;
• работа аудио- и видеооборудования;
• мониторинг и управление системой с помощью мобильного приложения;
• открытие и закрытие штор, окон;
• полив растений, кормление животных.

Перед системой «умный дом» ставятся реальные задачи, помогающие сделать жилье более комфортным, безопасным и экономичным. К таким задачам относятся:

• Предотвращение аварийных ситуаций. Соответствующие датчики помогают отключать электроэнергию, перекрывать газ или воду при обнаружении утечек, возгорания и задымления. В случае аварийной ситуации система сама уведомит хозяина жилья и специальные службы о возникновении поломки и риске опасности.
• Обеспечение безопасности. Современные сигнализационные системы сообщают хозяину и охранной службе о попытке несанкционированного входа в дом. С помощью систем видеонаблюдения владелец сможет следить за происходящим даже на удаленном расстоянии. Также есть функция удаленного закрытия дверей.
• Создание комфортной атмосферы, экономия. Автоматизированное управление освещением позволит не только включать свет по необходимости, но и сэкономит средства и электрическую энергию. Автоматическое регулирование микроклимата в квартире или доме также сделает пребывание в жилище более комфортным.

К преимуществам умного дома можно отнести:

• экономию средств;
• безопасность;
• простоту управления и возможность удаленного контроля;
• комфорт.

Что предполагает электронная система в отдельных помещениях?

Головной управляющий контроллер, куда сходятся все данные с датчиков на платы, тем самым обеспечивая взаимодействие и контроль. Он осуществляется через простейшую одноплатную компьютеризированную систему или SH (можно перепрофилировать любой системный блок с соответствующим программным обеспечением) – лучше установить в прихожей. Маршрутизатор контролирует приборы, защищая от несанкционированного доступа.

Стандартный набор SH в охранной системе предполагает быстрое реагирование на изменения в доме посредством рассылки SMS, когда срабатывает схема, отправка коротких сообщений и видео с камеры при срабатывании датчиков движения.

В работе климат-контроля дистанционно подключается/отключается температурный уровень с переустановкой режима работы (с интенсивного на экономичный).

Сплит-система, если нужно, переключается с обогревания на охлаждение не только в автоматическом режиме, но и принудительно.

В ванной можно дистанционно включать бойлер, наполнять ванную (джакузи, мини-бассейн) к своему приходу, поддерживать температурный режим.

Чем вы планируете управлять

Для начала нужно задать самому себе вопрос — что мне хочется увидеть в итоге? О том, как это сделать — разговор отдельный.

1. Охранная система позволит получить уведомление на телефон и вовремя среагировать на вторжение.
2. Автоматизация электросетей — значительно уменьшит расходы на электроэнергию.
3. Пожарные датчики — своевременно оповестят о задымлении в квартире.
4. Или какие то иные цели.

Основательно поразмышляйте о тех рутинных повседневных домашних делах, которые вы выполняете и есть ли у вас желание их автоматизировать.

Иначе говоря, сначала выбрать цель, а потом искать пути — как ее можно технически реализовать. Именно в таком порядке — а не наоборот. Сперва понакупить умных девайсов и только потом придумывать — как сделать монтаж и куда их можно в доме приспособить.

Хорошо ознакомьтесь с темой — что может «Умный дом». Какие задачи он может помочь решить, а какие нет.

Вот самые популярные сценарии:

1. Автоматизировать закрытие/открытие штор.
2. Регулировать и управлять энергопотреблением.
3. Автоматизация водонагревательных установок.
4. Автоматическая система освещения.
5. Установить автоматическую систему вентиляции и электрического отопления.
6. Автополив на приусадебном участке.
7. Удаленное управление домашними электроприборами.
8. Умные замки.
9. Домашняя охранная система.
10. Удаленное управление гаражными или въездными воротами.

Опять повторимся, это только лишь вероятные сценарии. Возможности умного дома гораздо шире. Наша цель показать, что подходить к развитию своего умного жилища надо с позиций просчитанных потребностей для вас, вашей семьи и будущих гостей.

Что входит в систему

Система управления строится из «умных» вещей. Это не обычные электроприборы, а устройства, способные взаимодействовать друг с другом и управляющим центром по беспроводной связи:

1. Датчики (сенсоры), термостаты. Контролируют параметры температуры, давления, влажности, движения (есть или нет), задымления и т.д. При превышении или понижении заданной величины контролируемого параметра, посылают сигналы программируемому контроллеру. Контролер посылает сообщение на смартфон владельца. Тому остается получать и читать входящие SMS.
2. Исполнительное оборудование – все смарт устройства, выполняющие команды с удаленного доступа: от лампочки, выключателя и розетки, до кофеварки, кондиционера, электроприводов клапанов горячего и холодного водоснабжения и пр.

В подъездах многих домов работает связка датчика движения с электрической лампой. Может показаться, что это пример работы умного дома. Что-то похожее конечно есть. Но комплексная автоматизация дома может предоставить нечто большее:

• беспроводную связь между элементами;
• включение и отключение оборудования со смартфона;
• голосовые команды;
• возможность создания своих сценариев управления;
• видеонаблюдение за жилищем и дворовой территорией загородного дома.

Для этого нужно обеспечить связь между умными вещами (или IoT-устройствами), центром управления и владельцем дома.