Что нам стоит умный дом построить!

У истоков умного дома.

Впервые о возможностях «умных» домов заговорили в США, где в 50-х годах ХХ века люди состоятельные стали активно оборудовать свои жилища электроникой. Для современного человека это уже не диковинка, ведь встроенные бытовые приборы, видео- и аудиотехника на дистанционном управлении — сегодня привычные вещи для каждого.

Умный дом начало

Начало автоматизации и рождение понятия Умный дом

На заре активного внедрения в быт электротехники звание «интеллектуальных» зданий (Intelligence Buildings) получали те строения, которые были оснащены структурированными кабельными сетями.
Иными словами, кабеля использовались для потребностей телефонии, компьютерной сети, системы безопасности и прочего. Позже появились системы мультиплекс, позволяющие не просто использовать один кабель, а передавать по нему различную информацию одновременно.

Однако практика показала, что стремительное развитие информационных технологий делает любой проект к моменту его внедрения морально устаревшим. С другой стороны развитие данного направления открывало большие перспективы и сулило прибыльность, что стимулировало активные финансовые вливания в разработку технологий умного дома .

Год 1978 ознаменовался прорывом – компании Х10 USA и Leviton представили решение задачи, презентовав технологию управления бытовой электроникой посредством проводов бытовой электросети. Однако в России, а в то время в СССР она не получила распространения по той простой причине, что была рассчитана на 110 В напряжения и 60 Гц частоты сети, не говоря о том что это было практически невозможно из–за множества специфических моментов начиная с того что оборудование нельзя было толком ввести, заканчивая тем что разработкой аналогов и развитием никакое НИИ бы не занималось, так как прямое надобности применения этой технологии в военной сфере не было. Ну самое главное то что в стране на тот момент было не до умного дома потому что не было доступно простейших материальных вещей не говоря о том что сама квартира или загородный дом был вопрос весьма не простой. Как бы там ни было, а в проекции на сегодня, технология Х10 уже устарела, так как поддерживает всего шесть команд управления только электроосветительными приборами. Согласитесь, этого по сегодняшним меркам недостаточно, тем более, чтобы именовать систему «умным» домом. Взять хотя бы аудиотехнику, которая требует как минимум десяток команд для регулировки уровня громкости, смены каналов, управления воспроизведением и прочего. При этом современное жилище требует дополнительного контроля над системами отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC).

Унифицированное решение данной задачи стало возможным только после создания Ассоциации электронной промышленности (EIA), которая занимается модернизацией единого стандарта шины бытовой техники CEBus (Consumer Electronic Bus), принятого в 1992 году, и объединяет в себе многих производителей. CEBus подразумевает передачу управляющего сигнала по проводам обычной бытовой электросети, коаксиальному кабелю или витой паре, в инфракрасном или радиочастотном диапазоне. Упомянутый стандарт является открытым, что позволяет любой компании выпускать оборудование, в котором используется протокол CEBus. Это позволяет выбрать в каждом отдельном случае наиболее приемлемый способ передачи управляющего сигнала: для видеооборудования это будет коаксиальный кабель, для осветительного – электросеть, для цифровых устройств – витая пара. Что же касается инфракрасных лучей и радиосигналов, то они вообще универсальны.

Взаимодействие устройств-исполнителей достигается посредством роутеров и мостов (data bridges), которые и соединяют носители данных и управляющих сигналов. Сравнивая морально устаревшую технологию Х10 и CEBus, стоит отметить еще и преимущества в скорости передачи данных, которая достигает 10 кбит/с, причем независимо от типа носителя. Такая скорость обеспечивает нужную быстроту реакции системы малое время состояния активности узлов.

Однако на сегодняшний день наиболее приемлем термин «интеллектуальный дом» относительно системы, созданной компанией Echelon, которая разработала и предложила протокол LonWorks (также известный под именем LonTalk). Каждый узел сети, согласно новому протоколу, обеспечивается собственным микропроцессором Neuron 3120, 3150 Chip или Motoroa 68H360, а также микросхемами, сконструированными в Echelon и производимыми Motorola и Toshiba.

LonWorks – это коммуникационный семиуровневый протокол, который поддерживают большинство процессоров, позволяющий сохранять настройки и базу данных мониторинга сенсоров на компьютере, и в определенных случаях реагировать соответствующим образом. Доступ к базам данных можно осуществлять посредством Ethernet и модемных линий. Поддерживает базы данных LonWorks программное обеспечение Intellect.

Технологии нового поколения, актуальные сегодня, пошли еще дальше. Сравнивая Х10 с американской PowerLine или европейской Instabus, можно говорить о существенно более высоких мощностях и комплексных решениях в автоматизации. Единственным существенным недостатком этих систем является то, что их проектирование и монтаж необходимо предусматривать еще до начала строительства дома, так как в готовые здания внедрить их не представляется возможным. Учитывая тот факт, что все устройства подключаются к единой шине данных, то в этом случае бывает достаточным предусмотреть свободный доступ к шине.

В настоящий момент рынок систем «интеллектуальных» домов предлагает несколько различных технологий, разобраться в отличиях которых можно, углубившись в технические моменты.

Технологическая «кухня» умного дома

Х10 — сегодня это существенно модернизированная технология, вобравшая в себя актуальные решения. На данный момент Х10 предполагает возможность подключения по различным интерфейсам, которые также активно применяются и в иных технологиях.

Применяемая в этом случае шина RS-485 (C-Bus, ComBus) позволяет соединять узлы по произвольной схеме, тотальная длина шины может достигать 2000 метров, а с применением репитеров и больше. Практически со всеми популярными протоколами — CEBus, LonWorks, DMX512 и EIB – существуют интерфейсы для обмена данными, скорость передачи которых достигает 9600 бод, а этого более чем достаточно для мощнейшей системы автоматизации дома. Возможности системы определяются контроллером. Так RS-485 используют следующие контролеры:

- Ocelot, Leopard – в сеть могут быть объединены до 128 модулей, число узлов может достигать 2048, скорость прохождения петли программы – не более 1 с;

- HomeVision – сеть позволяет объединять до 224 узлов, а время прохождения петли программы — 120 мс.

Последовательный порт RS-232 позволяет подключить контроллеры для автоматизации дома. Простейший из них — СМ17 Firecracker — подключается к СОМ-порту и передает сигналы посредством протокола RFC, которые в свою очередь принимаются и преобразовываются в сигналы стандарта Х10 радиотрансиверами. Возможно и обратное решение задачи – к порту подключается МР (JR) 26, позволяющий принимать сигналы от радиодатчиков в протоколе RFC. Ассортимент существующего для данных устройств программного обеспечения огромен. Под управлением Linux может быть произведена автоматизация на Ocelot и Leopard, в то же время не гарантируется стабильная работа системы под управлением Windows.

Управление посредством инфракрасного канала имеет как позитивные, так и негативные аспекты, которые объясняются свойствами точечных сигналов ультракоротких волн. Инфракрасный контроллер, выпускаемый Х10, распознает и передает команды по 10 каналам. При этом стоит отметить, что далеко не в каждом жилище предусмотрены 10 групп освещения. Контроллеры Ocelot и Leopard оснащены памятью на 1000 команд, чего вполне достаточно для обеспечения автоматизации домашнего хозяйства. При этом недостаток количества команд восполняется последовательным подключением нескольких контроллеров. К слову, зачастую именно так и поступают, оборудуя каждое помещение дома своим контроллером и своими же инфракрасными сигналами. Контроллер Home Vision способен принимать и передавать 255 инфракрасных команд.

Принцип работы Х10 заключается в посыле сигнала передатчиком от управляющего устройства посредством силовых проводов. В свою очередь бытовые приборы подключаются к розетке электропитания через приемник, который передает команды Х10. Управления питанием отдельно взятого устройства осуществляется путем присвоения ему уникального адреса (одного из 256). Логично предположить, что посыл одинаковых сигналов к различным устройствам предполагает присвоение им одинакового адреса.

Передатчиком выступает контроллер, приемником – релейный модуль, выполняющий команды включения и выключения (в том числе и полного выключения), и ламповый модуль, выполняющий команды включения и выключения, а также регулировки яркости освещения. С целью преобразования 110В в 220В применяются трансформаторы.

Простота и относительно невысокая стоимость реализации проекта – основные преимущества технологии Х10. Сюда же можно добавить отсутствие необходимости для подключения к адаптеру применения проводов и использование множественных совместимых устройств. Говоря о минусах, стоит отметить необходимость напряжения в 110В, а также допускаемые помехи на линии.

Сегодня оборудование, совместимое с Х10, производят, помимо собственно компании Х10, такие фирмы как Leviton, Stanley, IBM, JDS, ACT, Homepro и прочие. Контроллеры Х10 позволяют управлять противопожарными датчиками, системами видеонаблюдения, сигнализацией, а также осуществлять взаимодействие с аудио- и видеотехникой, мультимедийными устройствами стандарта 802.1 lg. Так D-Link презентовала мультимедиа-центр DSM-320, управление которым можно осуществлять посредством пульта. Справедливости ради, стоит отметить, что центр требует ручной настройки каждого адаптера, а это не позволяет назвать его «интеллектуальным» в полном смысле этого слова.

Относительно недавно стало возможным совмещать котроллеры Х10 с беспроводными компьютерными мышами и клавиатурами, а также системами распознавания голоса. Правда, реализованных решений на практике пока мало.

Если говорить о стоимости, то в среднем цена на контроллер колеблется в пределах от $20 до $250.

Бесспорно одними из наиболее актуальных на сегодняшний день среди систем «умных» домов являются системы PowerLine и Instabus, а ткже компании Intel, претендующая на свою нишу на данном рынке с идеей цифрового дома.

Так система PowerLine рассчитана на взаимодействие различных устройств посредством бытовой электропроводки, а Instabus – посредством специально проложенной шины, от которой также питаются маломощные устройства (для более мощных предусмотрены дополнительные источники питания от электросети).

Отличительной особенностью системы Instabus являет то, что каждое устройство в нее входящее не подключено к единому центру управления. Таким образом, каждый прибор выполняет свою функцию как бы автономно, оповещая о событии прочие устройства только в том случае, если есть такая необходимость. Как результат, получается довольно гибкая и вполне «интеллектуальная» система.

Если рассмотреть в качестве примера датчик движения, то он срабатывает и сообщает об этом остальным устройствам. Как результат его посыла, включается осветительный прибор. При этом управлять последним может не только датчик движения, но и датчик уровня освещенности.

Механизм работы и взаимодействия различных устройств схож с работой компьютеров. Каждый из них имеет уникальный адрес, по которому оно получает команды. Каждое из устройств-исполнителей имеет перечень адресов, команды из которых они выполняют. В то же время устройства-управляющие имею список адресов, по которым они рассылают команды. Так нажатие одной клавиши спровоцирует рассылку сигналов о включении лишь света над столом, в то время как нажатие другой – включение всех осветительных приборов в помещении, например.

Таким образом, чтобы наладить управление устройствами, достаточно применить простейшие алгоритмы для каждого из них, что обеспечит в свою очередь их слаженную работу в общем.

Если предположить, что управление системой – централизованное, то это повлечет за собой множество сложностей в настройке, однако даст массу преимуществ в процессе эксплуатации. Сложность заключается в том, что для каждого помещения в этом случае необходимо составить сложный алгоритм, предусматривающий слаженность работы всех устройств системы. Вот почему децентрализованная система пользуется большим спросом. К тому же, в последнем случае систему «умный дом» можно применить лишь по отношению к отдельным помещениям, каковых может быть сколь угодно много. Простоту настройки обеспечивает однотипность механизмов работы каждого из них.

Нельзя не упомянуть о том, что подобная схема позволяет к шине Instabus подключить компьютер и сенсорный экран, что позволит превратить систему в ультрасовременную. В этом случае для компьютера потребуется специальное программное обеспечение, которое будет отображать текущее состояние всех устройств системы и управлять ими. Несмотря на то, что наличие компьютера в системе «умный дом» не является обязательным, все же это позволяет существенно упростить управление и открыть доступ к удаленному управлению.

Подытоживая, можно сказать, что наименее скоростной технологией принято считать Х10. Для управления на более высоких скоростях (5 – 10 кбит/с) применяются LonWorks (EIA 709) и CEBus (Е1А 600).

В то же время на данный момент HomePlug Alliance и комитет R7.3 работают над продвижением стандартов, которые обеспечат передачу данных по электросетям на скорости свыше 1 Мбит/с.

Альянс HomePlug принял стандарт HomePlug PowerLine 1.0 еще несколько лет назад. Этот стандарт позволяет передавать данные по бытовой электросети на скорости 14 Мбит/с и на расстояние до 500 метров. При этом стоит помнить, что данные могут быть переданы только по той фазе, к которой собственно и подключено устройство HomePlug. Подобные непростые условия передачи заставили компании, входящие в HomePlug , применять различные алгоритмы обеспечения передачи данных: обнаружение ошибок, автоповтор запроса, интерливинг и тому подобные. С целью защиты от злоумышленников применяется 56-битное шифрование на МАС-уровне.

Работают адаптеры HomePlug PowerLine без применения драйверов и ПО на аппаратном уровне, что делает их совместимыми со всеми операционными системами Windows.

Говоря о технологиях, обеспечивающих работу системы «умный дом», стоит упомянуть и о HomePNA (HPNA), позволяющей передавать сигнал и обеспечивать взаимодействие устройств посредством телефонной линии. На данный момент стандарт HPNA 3.0 обеспечивает скорость передачи данных до 128 Мбит/с, а также поддержку quality of service. Устройств, поддерживающих работу HomePNA и HPNA на сегодняшний день достаточно.

Внимания заслуживает и еще одна, уже упоминавшаяся технология «цифрового дома» (Digital Home), разработанная компанией Intel и предусматривающая объединение всех цифровых устройств дома вокруг единого центра – стандартного персонального компьютера. Взаимодействие устройств между собой обеспечивается посредством беспроводной связи, для чего к каждому из них подключается хаб, контактирующий с роутером.

Система расширяет возможности цифровых устройств и делает их использование более разнообразным. Для ее внедрения не требуется прокладка кабелей, вполне достаточно оборудования ПК и медиасистем устройствами радиопередачи. Российский обыватель уже имел возможность познакомиться системой ближе, когда в 2003 году представительство Intel в Москве провело презентацию «Карнавал цифровых технологий» во всех крупнейших городах Федерации. В частности в Москве презентация состоялась на Горбушке, где ведущий управлял устройствами удаленно посредством беспроводных адаптеров. Он при помощи Tablet PC с установленной на нем Windows СЕ включал и выключал вентилятор, соковыжималку, кофемолку, чайник. Управление осуществлялось при помощи несложного программного обеспечения и «умных» розеток отечественного производства для питаний устройств.

Получив команду на включение или выключение определенного прибора, модуль посылает розеткам по стандартной электросети специальный сигнал, заставляющий прибор работать или не работать. Беспроводные сети Wi-Fi являются неотъемлемой составляющей изложенной концепции. В то же время в будущем КПК на базе процессора XScale с рабочим названием Bulverde откроют больше возможностей для портативных технологий.

В 2004 году Intel представила концепцию Entertainment PC, также относящуюся к технологиям «цифрового дома» и являющую собой ПК для хранения и воспроизведения медиаконтента. Компьютер объединяет в себе функции аудио- и видеоцентра, HDTV-тюнера, а также наряду с клавиатурой и мышью снабжен пультом дистанционного управления.

Вместе с тем Intel инициировала выпуск микросхем LCOS (Liquid Crystal on Silicon), применяемых в проекторах и проекционных дисплеях, и намерена запустить массовое их производство, а в дальнейшем и производство HDTV-дисплеев, невзирая на высокую стоимость чипов.

Не сложно предугадать, что со временем все эти решения найдут свое отображение в системе «цифрового дома». На сегодняшний же день мультимедиаплатформа, созданная на основе чипсета i915/925 с применением технологии Matrix RAID, открывает возможности доступа нескольких пользователей к удаленному просмотру цифрового видео. Иными словами, если один из пользователей желает начать смотреть фильм, который смотрят в текущий момент другие, сначала, ему достаточно просто начать просмотр на другом дисплее. Несльзя не упомянуть о такой важной составляющей новой платформы, как High Definition Audio — высококачественный восьмиканальный 32-битный звук с частотой дискретизации 192 кГц.

Что же ждет технологию «умного» дома в будущем? Спрогнозировать направление ее развития не сложно, учитывая сегодняшние реалии. Так в России на сегодняшний день количество предложений пот организации «умных» домов много и этот показатель растет. По своей сути технология недорогая, так как предусматривает беспроводные сети или применение силовых кабелей, однако настройка системы, тем более компьютеризированной, обходится не дешево, так как требует специальных знаний и не доступна для простого обывателя.

Говоря об «умном» доме, необходимо учитывать и особы дизайн таких помещений. Легче всего реализовать полноценную «интеллектуальную» систему на базе частного дома или коттеджа, офиса крупной компании. Стоимость содержания таких строений подразумевае6т, что владельцам по карману окажутся и затраты на обеспечение системы «умный дом».

Разумеется, новейшие системы традиционно будут появляться в домах самых зажиточных людей. Интересно отметить, что на сегодняшний день звание владельца самого «интеллектуального» жилища удерживает за собой магнат Microsoft Билл Гейтс. Его «умный» дом оценен в 53 млн. долларов. В стенах особняка все управляется сложнейшими компьютерами. Им подчинена вся техника – от бытовой до серьезных климатических систем. Дом Билла Гейтса включает пришедшим гостям музыку и свет, сопровождая их по всем многочисленным комнатам.

Для контроля микроклимата дома хозяину не требуется прилагать никаких усилий – температурный режим поддерживается автоматически на предварительно заданном уровне. Обеспечивает процесс «интеллектуальная» система, в которой предустановленны комфортные для хозяина параметры окружающей среды.

Однако для простого обывателя выглядит скорее как фантастика. Ему необходимы решения более приземленные. И в этом ключе система «умного дома», предложенная компанией Intel, видится как наиболее подходящая. Она позволит просто и экономично осуществлять контроль и управление всеми устройствами – от бытовой техники до мультимедиа развлечений.

Таким образом, на сегодняшний день путей решения задачи воссоздания системы «умного» дома в каждом отдельном случае предостаточно. Обывателю остается лишь подобрать для себя наиболее подходящую.

Добавить комментарий