Творческий проект
Творческий проект
«Умный дом»
«Умный дом»
Подготовила ученица 7 «б» класса
Куценко Кристина
1.Проблемная ситуация
На уроки технологии нам задали вопрос, что такое
комплексная система управления "Умный дом"?
Я набрала в поисковой системе Интернета эти слова
и получила множество ссылок и сайты, где можно
найти информацию. Я изучила их и поняла, что эта
система
современных технологий действительно
делает дом умным. Например, с помощью приборов
можно управлять светом. Я решила подробнее узнать
преимущества такой системы и рассказать родителям.
В нашем доме тоже нужно установить различные
приборы, а вот какие – это я постараюсь выяснить.
2.Цель проекта
с
Ознакомиться
возможностями
системы "Умный дом" и рассмотреть
применение элементов этой системы
для нашего дома.
3.Задачи проекта
комплексной
посвященную
1. Собрать необходимую информацию по сайтам
Интернета,
системе
управления "Умный дом".
2.Проанализировать потребности в управлении нашим
домом с помощью различных датчиков.
3.Создать список (перечень) наших проблем.
4.Найти технологии, подходящие для нашего дома.
5.Определить, какими средствами для их реализации
располагает наша семья.
Лукяненко Э.А. МКОУ СОШ №256 г.Фокино
4.Исследование
Я ознакомилась с соответствующими сайтами Интернета, из которых подробнее узнала о том, что же
входит в понятие "умный дом". Поскольку это очень интересный для меня вопрос,
обратилась за разъяснением к папе. Оказалось, что это система автоматизации домов,
офисов, квартир, включающая в себя следующие компоненты:
управление светом;
установка различных датчиков присутствия, движения, освещенности и др.;
управление жалюзи и рольставнями;
управление вентиляцией и кондиционированием;
управление климатом и отоплением;
системы multiroom (распределение аудио, видеосигналов различных источников в
разные помещения);
управление охранной и пожарной системами дома (в том числе с оповещением о
происходящем по любому каналу связи);
управление другими устройствами, которые можно подключить к общей системе;
возможность централизованного управления "Умным домом" через компьютер,
Интернет, посредством пульта, мобильного телефона.
Система "Умный дом" проектируется и собирается индивидуально для каждого
потребителя. Это делают профессионалы. Самостоятельно такую систему в доме
сделать практически невозможно. Некоторые из перечисленных выше систем можно не
устанавливать или, наоборот, добавить новые.
6.Выбор конкретных систем
Для уменьшения стоимости системы "Умный дом" для
нашей семьи можно установить отдельные элементы.
Необязательно объединять все в единое целое. Так,
оборудовав в доме такие составляющие системы, как
управление
пожарная
сигнализация, датчики от протечки воды и утечки газа, мы
получим экономию электроэнергии и обеспечим защиту
материальной
действий
злоумышленников, техногенных факторов, от влияния
человеческого фактора. А так же я хочу чтобы был
прибор управлявший температурой воздуха.
собственности
от
освещением,
охранная
и
Управление всем этим может осуществляться с помощью
пульта.
Фестиваль творческих открытий и инициатив «Леонардо»
Научно-исследовательская работа
« Проект «Умный дом» в среде Arduino »
Подготовил:
Ливенский Вадим Николаевич,
обучающийся 6 класса
Руководитель работы:
Мельникова Татьяна Александровна,
учитель информатики
МОУ «Мантуровская СОШ»
Курск, 2017
Введение
С каждым годом тема «Умный дом» завоевывает все большую и большую популярность и, как в свое время автомобиль, интеллектуальное жилище становится не роскошью, а необходимостью. Из прежних игрушек умная автоматика перерастает в неотъемлемую часть современного дома. И с каждым годом система управления становится все сложнее и сложнее. Эта тема заинтриговала нас своей способностью делать пребывание в собственном жилище наиболее комфортным и безопасным.
Главной целью в нашей научной работе на тему «Умный дом» является исследование и рассмотрение возможности современной интеллектуальной системы управления зданием в доступной и понятной для школьников форме.
Гипотеза: Если изучить возможности системы «Умный дом», то можно реализовать их в среде Arduino на основе программного кода.
Цель: Ознакомиться с возможностями системы "Умный дом" и реализовать применение элементов системы в среде Arduino.
Задачи исследования:
Объект исследования: беспроводная связь (среда Arduino) на основе программного кода .
Предмет исследования:
Методы исследования: сбор материала по теме, его анализ и обработка.
1. Понятие умный дом
Заглянем в прошлое. В давние времена жильём для человека были места созданные природой. У древних людей были дома, в пещерах. Дома даже есть на деревьях, из камней. Есть дома на севере. Это – ЧУМЫ, из кожи оленей. Существуют дома в скалах. Это очень необычно и интересно. Потом с развитием методов обработки материала, когда люди научились делать топоры и пилы - дома стали строить из дерева. Дома стали деревянные. А ведь в сказках тоже мы наблюдаем различные дома. Знаменитая избушка на курьих ножках. Замки королей и царевичей. Чем больше люди придумывали материалы и способы их строительства, тем больше рождались новые дома. Кирпичные, многоквартирные. Сейчас у людей много накоплено знаний, и они стремятся к чему-то новому. Из простых домов люди стали делать умные дома.
Умный дом (англ. intelligent building) - жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Под «умным» домом следует понимать систему, которая обеспечивает комфорт (в том числе безопасность), и ресурсосбережение для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам.
В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопи-тельными системами, системами видеонаблюдения и охранной сигнализации, моторизированными воротами и прочим.
По оценкам аналитиков рынок умного дома активно развивается. К 2020 году общий объем мирового рынка достигнет $51.77 млрд. В период с 2013 по 2020 года среднегодовые темпы роста рынка будут на уровне 17.74% . Основными игроки в этой отрасли за рубежом - Siemens AG (Германия), Schneider Electric SA (Франция),TELETASK (Бельгия), ABB Ltd. (Швейцария), компания Ingersoll-Rand PLC (Ирландия), Tyco International Ltd. (Швейцария), Emerson Electric Co. (США), Legrand С.А. (Франция), Crestron Electronics, Inc. (США) , Lutron Electronics, Inc. (США), Control4 Corporation (США), и др.
Объемы российского рынка значительно скромнее. В 2012 году объем рынка у нас в стране превысил 56 млн. евро или 2,3 млрд. рублей. В 2013 году по предварительным оценкам рынок вырос на 30% - до 65 млн. евро или почти 3 млрд. рублей. К 2017 году его общий объем может достигнуть 176 млн. евро или 7,9 млрд. рублей .
Концепция «умного дома», родившаяся в семидесятых годах прошлого века, была ориентирована, прежде всего, на экономию электроэнергии. В основе концепции лежало размещение в жилом доме различных датчиков, определявших, находится ли кто-нибудь в помещении, что позволяло включать и выключать свет в зависимости от наличия людей в комнате. По мере развития высоких технологий, концепция стала обрастать дополнительными возможностями.
Сегодня система «умный дом» осуществляет управление освещением , отоплением и вентиляцией, охраной и видеонаблюдением, аудио- и видеоаппаратурой, бытовой техникой, климатом в зимнем саду, поливом газона и очисткой бассейна, открытием форточек и ворот, перекрытием газа и воды в случаях аварии и т.д. Участие людей при этом сводится к минимуму.
Интеллектуальный дом хорош тем, что предлагает разумный подход к использованию энергоресурсов. Для оптимизации расходов на освещение в подсобных помещениях дома возможна установка датчиков движения, которые автоматически включают свет только в присутствии человека. Или, например, система отопления следит за тем, чтобы в ночные часы и во время отсутствия хозяев температура в доме понижалась. А система вентиляции будет включаться только периодически, с заданными временными интервалами. При этом надо помнить о том, что кроме существенной экономии денег бережное использование энергии привносит существенный вклад в решение проблем экологии. Система "умный дом" может оказать неоценимую услугу и спасти от солидных трат в случае протечек воды, утечки газа или возгорания, благодаря установленным датчикам утечки воды, датчикам затопления, детектору дыма. Ведь случайная авария может стать причиной испорченного имущества и загубленного ремонта. Интеллектуальные системы учета и контроля энергоресурсов смогут не только перекрыть воду или газ, но и вовремя сообщить о случившемся хозяину. И, конечно же, не будем забывать об охранной сигнализации, которая в случае нарушения общественного порядка позволяет передать вызов в отделение милиции.
Микроклимат «умного дома» с высокой точностью отслеживает параметры воздуха в помещениях и корректирует ее в соответствии с программой или согласно командам пользователя. Централизованное управление кондиционерами, системой отопления гарантирует комфортные условия для проживания в любое время года. Система включает принудительную вентиляцию или открывает окна для проветривания помещений.
В общих чертах, система состоит из следующих элементов:
Система работает следующим образом. К контроллеру подключено множество датчиков и исполнительных устройств. В качестве линий связи могут быть использованы: отдельно проложенные провода, существующая электропроводка или радиоканал. Пользователь настраивает алгоритм работы контроллера под свои требования. Сотни раз в секунду контроллер опрашивает датчики, следящие за состоянием всех систем «умного дома». После опроса этих датчиков система анализирует ситуацию и в зависимости от установок, заданных ей пользователем, принимает то или иное решение. Исполнительные модули и системы получают команды и включают-выключают соответствующие устройства: освещение, систему охраны, кондиционирование воздуха, отопление, подачу воды и т.д.
Кроме автоматического режима система управляется и автономно, например, с помощью «умного» обучаемого пульта. Универсальным пультом дистанционного управления можно управлять не только телевизором и домашним кинотеатром. С его помощью легко активировать любую функцию «умного дома»: задать различные сценарии освещения , открыть и закрыть ворота, поставить дом на охрану и т.д.
Больше всего впечатляет то, что управлять системой можно,– через интернет (используя электронную почту) или мобильную связь (используя SMS-сообщения). Сидя на работе, например, можно дать команду подготовиться к вашему возвращению домой - включить систему "климат-контроля" , подогреть пол, разогреть сауну и т.п.
Важно отметить, что все инженерные подсистемы «умного дома» должны иметь возможность работать в автономном режиме. В случае, если какая-то из подсистем вышла из строя, то и вся система не сможет исправить проблему, поскольку «умный дом» является надстройкой над остальными инженерными системами.
Самые "умные" здания мира
Первым «интеллектуальным» зданием в мире стал «дом трона» японского профессора Кена Сакамуры в Токио, построенный в конце 1980-х годов. Датчики погоды открывали окна, когда дул свежий бриз, и включали кондиционер, когда становилось жарко; если радио играло слишком громко, окна автоматически закрывались, чтобы не потревожить соседей; если звонил телефон, компьютер снижал звук аудиосистемы, и так далее.
Самым известным и дорогим на сегодня ($100 млн.) стал дом, построенный в США для человека по имени Билл Гейтс, знаменитого создателя корпорации Microsoft. Это многоэтажная вилла, оснащенная самым "продвинутым" оборудованием. В здании осуществляется компьютерный контроль и управление всем инженерным оборудованием, поддерживается оптимальный микроклимат в каждом помещении. При входе в жилище каждый посетитель получает специальный электронный значок, который обеспечивает подключение ко всем информационным службам дома. В дальнейшем этот значок сообщает датчикам, где находится гость, для того, чтобы дом смог выполнить все его пожелания. В темное время суток каждого сопровождает движущаяся световая волна, при этом, чем дальше светильник находится от человека, тем меньше его яркость.
Все стены оборудованы встроенными телевизионными экранами. С помощью того же универсального пульта управления на экраны выводятся любые изображения из огромного архива картин, видеозаписей, фильмов и телепрограмм. Системы автоматического управления климатом , освещением , телефонами и множеством других электронных устройств доведены до логического совершенства, но при этом человек не становится «рабом» электронного «мозга» своего дома, поскольку в любой момент может вернуться к традиционному «ручному» управлению - рядом с электронными панелями мирно уживаются и «старомодные» выключатели.
2. Выполнение эксперимента.
В разработке проекта «Умный дом» использовалась Arduino 1.8.1
Программа Arduino - марка аппаратно-программных средств для построения простых систем автоматики и робототехники , ориентированная на непрофессиональных пользователей. Программная часть состоит из бесплатной программной оболочки (IDE ) для написания программ, их компиляции и программирования аппаратуры. Аппаратная часть представляет собой набор смонтированных печатных плат , продающихся как официальным производителем, так и сторонними производителями. Полностью открытая архитектура системы позволяет свободно копировать или дополнять линейку продукции Arduino. Arduino может использоваться как для создания автономных объектов автоматики, так и подключаться к программному обеспечению на компьютере через стандартные проводные и беспроводные интерфейсы.
Программы Arduino можно использовать для выполнения базовых команд, таких как создание вспышек LED-устройств, или комплексных функций, таких как передача данных по Интернету. Для определенных приложений доступны различные схемы Arduino.
Эти платы расширений подключаются к Arduino посредством установленных на них штыревых разъёмов. Существует ряд плат с унифицированным конструктивом, допускающим конструктивно жесткое соединение процессорной платы и плат расширения в стопку через штыревые линейки. В концепцию Arduino не входит корпусной или монтажный конструктив. Разработчик выбирает метод установки и механической защиты плат самостоятельно.
Язык программирования
Язык программирования Arduino является стандартным C++ (используется компилятор AVR-GCC ).
Также существует возможность создавать и подключать к проекту стандартные файлы C++.
Простейшая Arduino-программа состоит из двух функций:
Описание системы
Для электронной схемы «Умный дом» использовались следующие элементы:
Актуальность дипломной работы настройка голосового интерфейса в автоматизированной системе " Умный дом" связана с возможностью управления всеми имеющимися инженерными системами в доме: электропитанием, освещением, отоплением, вентиляцией и ид. Голосовому управлению можно подчинить почти каждый электронный прибор, любую электронную систему и любые функции, сценарии и сюжеты в доме.
Цель дипломной работы подробно изучить настройку голосового интерфейса, видов квалификации, а также создание прибора для наглядного пособия работы голосового интерфейса в автоматизированной системе «Умный дом».
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
провести подробный аналитический обзор по автоматизированной системе «Умный дом»
Предметом исследования является анализ использования и настройка голосового управления.
Методы исследования. При исследовании данной темы использовались аналитические и практические методы.
В первой главе рассмотрена классификации системы голосового интерфейса в автоматизированной системе «Умный дом», их достоинства и недостатки, инженерные системы, системы управления освещением. Так же были подробно изучены синтез и распознавание речи. Разработана принципиальная и функциональная схема устройства.
Во второй главе описаны меры безопасности при техническом обслуживании компьютерной техники, требования к оборудованию рабочего места техника и требования пожарной безопасности.
Представьте картину: вы входите домой, автоматически включается свет и приятный голос приветствует вас. Вы небрежно бросаете фразу в сторону микрофона: «Дом, включи мой компьютер». Через несколько секунд слышите привычный шелест кулеров своего ПК.
Все мы когда-нибудь видели подобные картины в зарубежных фантастических фильмах и мечтали: «Когда-нибудь такое будет и у нас». Спешу вас обрадовать - подобие увиденного можно реализовать уже сейчас и без гигантских затрат.
«Умный дом (англ. digital home) - жилой автоматизированный дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств. Под «умным домом» следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем в единый управляемый комплекс. Важной особенностью и свойством «Умного дома» отличающим его от других способов организации жизненного пространства является то, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда человек одной командой задает желаемую обстановку, а уже автоматика в соответствии с внешними и внутренними условиями задает и отслеживает режимы работы всех инженерных систем и электроприборов. В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и сигнализации, воротами и прочим. В доме оборудованном системой «Умный дом» достаточно одним нажатием на настенной клавише (или пульте ДУ, сенсорной панели и т. д.) выбрать один из сценариев. Дом сам настроит работу всех систем в соответствии с Вашим пожеланием, временем суток, Вашим положением в доме, погодой, внешней освещённостью и т. д. для обеспечения комфортного состояния внутри дома.
Вне зависимости от области применения, будь то здание, сборочный цех или поезд метро, целью внедрения таких систем являются снижение эксплуатационных расходов, обеспечение важной информацией, повышение безопасности и комфорта. Для того чтобы понять, как сильно изменились возможности в области автоматизации за последние годы и как они еще поменяются, важно осознать значение некоторых технологических прорывов, которые произошли за последние годы. Разработчики не стоят на месте. Предсказать, как далеко они уйдут вперед всего через несколько лет, можно только, бросив взгляд назад.
Широкое развитие получили сети миникомпьютеров, а затем, дешевых персональных ЭВМ, способных, тем не менее, решать достаточно сложные профессиональные задачи. Правда, на пути технического прогресса оказалось немало серьезных препятствий. Мало того, что системы автоматики различного назначения были автономны, но и сходные по управляющим функциям системы различных производителей были, как правило, несовместимы между собой. Фирмы-разработчики использовали свои закрытые коммуникационные протоколы и не предусматривали интерфейсов для взаимодействия с системами других производителей. Являясь собственностью отдельных компаний, соответствующие продукты и технологии автоматизации с трудом поддавались интеграции друг с другом. Для решения этой проблемы требовались дорогостоящие технические решения, связанные с написанием нового программного обеспечения, изменения топологии сети и закупки дополнительных компонентов.
Таким образом, в определенный момент на рынке сложились объективные предпосылки для успешного внедрения новых подходов в области автоматизации.
Как комплексное решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно. Бурно развивающаяся информатика позволила форсировать эти работы, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства.
Поскольку развитие данного направления представлялась более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея «Умного дома». Типичный пример такого здания показан на рис. 1.
«Умный дом» - это комплекс электроники, которая работает внутри или снаружи дома и выполняет централизованное управление всеми (или почти всеми) инженерными системами. Под инженерными системами понимается всё техническое оборудование дома (от канализации до аудио-видео техники). Идея «умного дома» состоит в том, что единый комплекс электроники согласованно управляет работой всего инженерного обеспечения дома.
Очень важно, чтобы алгоритмы взаимодействия подсистем в доме были гибкими, и могли приспосабливаться под изменяющиеся нужды владельца дома. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Самая главная аксиома «умного дома» состоит в том, что система управления и её инженерные подсистемы должны быть построены по блочному принципу. Это означает, что каждая подсистема должна уметь работать автономно, чтобы её работу можно было отладить и обслуживать, отключив оборудование от центрального управления.
Рис.1. макет «Умный дом»
«Умный дом» имеет ряд преимуществ: позволяет экономить до 10-18% электроэнергии, повышать комфорт и безопасность и т.д.
Принцип работы «умного» дома заключается в центральном компьютере, принимающем сигналы от командных устройств, затем эти сигналы передаются исполнительным системам. Управление различными устройствами осуществляется простейшей системой автоматики.
Впервые задача по созданию «умного дома» была решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. В данной дипломной работе некоторые фрагменты текста отсутствуют или замещены на текст не соответствующий теме этого диплома. Отсутствуют или не соответствуют некоторые необходимые формулы, расчеты, диаграммы и таблицы. Для получения оригинальной версии работы пишите на электронный адрес, указанный в конце дипломной работы, в заключении. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России. Впрочем, Х10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием. Для создания «интеллектуального дома» этого явно недостаточно. Аудио- и видеотехника требуют как минимум команд смены каналов, изменения громкости, перемотки и управления воспроизведением; а ведь требуется управлять еще системой HVAC (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха). В поисках решений этой проблемы различными компаниями предпринимались попытки к разработкам новых протоколов передачи данных.
Распознавание человеческой речи является одной из сложных научно-технических задач. В настоящее время пользователями вычислительных машин и средств, оснащенных вычислительными машинами, становятся люди, не являющиеся специалистами в области программирования. Проблема речевого управления возникла, кроме того, в связи с тем, что в некоторых областях применения речь стала единственно возможным средством общения с техникой (в условиях перегрузок, темноты или резкого изменения освещенности, при занятости рук, чрезвычайной сосредоточенности внимания на объекте, который не позволяет отвлечься ни на секунду, и т.д.). Хотя в этой области и достигнуты существенные успехи, тем не менее, системы распознавания еще весьма далеки по своим возможностям от человеческих.
Проблема реализации речевого диалога человека и технических средств - актуальная задача современной кибернетики.
Задача машинного распознавания речи привлекает внимание специалистов уже очень давно. Тем не менее, продвинуться далеко в этом направлении пока не удалось. Чисто формально процесс распознавания речи можно описать буквально в нескольких фразах. Аналоговый сигнал, генерируемый микрофоном, оцифровывается, и далее в речи выделяются так называемые фонемы, то есть элементарные фрагменты, из которых состоят все произносимые слова. Затем определяется, какое слово, какому сочетанию фонем соответствует, и строится соответствующий словарь. Распознать слово - значит найти его в этом словаре по произнесенному сочетанию фонем. По мере развития компьютерных систем становится все более очевидным, что использование этих систем намного расширится, если станет возможным использование человеческой речи при работе непосредственно с компьютером, и в частности станет возможным управление машиной обычным голосом в реальном времени, а также ввод и вывод информации в виде обычной человеческой речи.
В настоящее время всё более актуальным становится управление роботом при помощи голосовых команд. Однако создание программного обеспечения для голосового управления промышленным роботом предусматривает проведение экспериментов во время разработки программы на всех этапах разработки. Проведение таких экспериментов, обеспечивающих устранение недостатков, ошибок программы, является экономически невыгодным в условиях промышленного производства и приводит к повышению стоимости разработки и отладки программного обеспечения. Для уменьшения затрат на создание программного обеспечения целесообразно разработать программу, которая обеспечит трёхмерное моделирование голосового управления промышленным роботом, что приводит к необходимости проведения экспериментов в условиях производства лишь на последнем этапе разработки программного обеспечения.
Методические указания к выполнению самостоятельной работы № 1.
Тема: Умный дом
Цель : научиться самостоятельно, работать с предложенным материалом, научиться систематизировать и обобщать информацию по теме, составлять опорный конспект по изученному материалу
Количество часов: 2
Вид работы: изучение темы, разработка конспекта по теме самостоятельной работы
Вопросы (задания):
Общие сведения
Единая система управления зданием
Технологии.
Функции умного дома
Составить конспект по изученным вопросам, оформить на листе формата А4 в рукописном варианте и сдать на проверку
Умный дом (англ. Smart House) - жилой дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств. Электронные бытовые приборы в умном доме могут быть объединены в домашнюю Universal Plug’n’Play - сеть с возможностью выхода в сети общего пользования.
Понятие «умный дом» было сформулировано Институтом интеллектуального здания в Вашингтоне в 1970-х годах: «Здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства…»
Стоит разделять понятия «умный дом» и «системы жизнеобеспечения». Отдельные системы обладают лишь необходимыми интерфейсами управления и контроля. Концепция «Системы интеллектуального управления зданием» предполагает новый подход в организации жизнеобеспечения здания, при котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность управления всех систем эксплуатации и исполнительных устройств здания.
Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем различных производителей в единый управляемый комплекс.
Под «умным домом» (intelligent building) следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Английское слово intelligent, буквально означающее «разумный», «понятливый», в сочетании со словом building использовано в значении «гибкий, приспосабливаемый».
«Умный дом» в первоначальном смысле означает «здание, готовое к изменениям» или «приспосабливаемое (гибкое) здание», инженерные системы которого способны обеспечить адаптацию к возможным изменениям в будущем.
Здание проектируют таким образом, чтобы все системы его управления могли интегрироваться друг с другом с минимальными затратами, а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом. Проект обязательно предполагает возможность наращивать и видоизменять конфигурации инсталлированных систем.
Со временем здания обретут «искусственный интеллект». Тогда с полным основанием можно будет называть их интеллектуальными. Системы смогут отслеживать работу и состояние всей «начинки» здания, включая ограждающие конструкции, и самостоятельно принимать решения в изменяющихся обстоятельствах.
Под термином «умный дом» обычно понимают интеграцию в единую систему управления зданием следующих систем:
Систему отопления, вентиляции и кондиционирования
Охранно-пожарную сигнализацию, систему контроля доступа в помещения, контроль протечек воды, утечек газа
Систему видеонаблюдения
Сети связи (в том числе телефон и локальная сеть здания)
Систему освещения
Систему электропитания здания (АВР, промышленные ИБП, дизель-генераторы)
Механизацию здания (открытие/закрытие ворот, шлагбаумов, электроподогрев ступеней и т. п.)
Управление с одного места аудио-, видеотехникой, домашним кинотеатром, мультирум
Телеметрия - удалённое слежение за системами
IP-мониторинг объекта - удалённое управление системами по сети
GSM-мониторинг - удалённое информирование об инцидентах в доме (квартире, офисе, объекте) и управление системами дома через телефон (в некоторых системах при этом можно получать голосовые инструкции по планируемым управляющим воздействиям, а также голосовые отчеты по результатам выполнения действий).
На сегодняшний день технологии позволяют строить домашнюю автоматизацию покомпонентно - выбирать только те функции умного дома, которые действительно нужны. Модульная структура позволяет создавать системы не высокой стоимости, с гарантией 100 % использования.
Один из самых старых и одиозных проектов - коттедж Билла Гейтса. Этот проект, как и множество литературы по научной фантастике, породил огромное количество мифов об «умном доме».
В 1995 году разработчики технологий Java предрекали одним из основных назначений для этой технологии увеличения интеллекта бытовых приборов - например, холодильник сам будет заказывать продукты из магазина. Промышленного распространения эта идея не получила, но такие компании, как Miele и Siemens, уже выпускают бытовую технику с возможностью включения в «умный дом». Правда, эти решения основываются на QNX, а не на Java.
А вот функция выключить весь свет одной кнопкой, как и возможность включать и выключать его из разных мест, сегодня активно реализуется почти во всех проектах домашней автоматизации.
Умный дом как домашняя автоматизация развивается не только в России. Все технологии и системы, которые используются в России, разработаны и производятся в Европе, США и Китае. Основное различие видится скорее в предназначении и в подходе инсталяторов.
В Европе проекты автоматизации частных домов и квартир готовит сам разработчик и производитель систем, инсталлятору же отводится роль фактически обычных, но квалифицированных монтажников, работающих строго по схеме.
В России инсталлятор является важнейшей фигурой в создании умного дома. Как правило он работает со многими производителями систем автоматизации, это позволяет ему подбирать систему максимально оптимально для решения поставленных перед автоматизацией задач. После этого он сам занимается проектированием, монтажом, продажей и запуском построенного умного дома.
Технологии
LanDrive - наиболее доступная на сегодняшний день платформа для построения шинных распределённых систем управления внутренним и уличным освещением, силовыми нагрузками, электроприборами, а также такими системами, как отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа и протечек воды. Также возможно управление аудио- и видеотехникой, домашними кинотеатрами, жалюзи, рольставнями, шторами, воротами, насосами, двигателями. В основном ориентирована на применение в составе «умного дома», но в последнее время всё чаще применяется в системах учёта и сбережения энергоресурсов, контроля доступа, охранно-пожарных системах.
LCN - немецкая система автоматизации как для домашней так и для промышленной автоматизации. Полностью распределенный интеллект. В качестве среды передачи используется обычный электрический провод сечением жил 1,5 или 2,5 мм2. Реализуется управление практически любым оборудодванием. Оптимальное соотношение цена/возможности.
iRidium Mobile - программный комплекс для управления системами умный дом с мобильных устройств iPhone, iPad, iPod touch и любых устройств под управлением Windows XP/7, Windows mobile/Ce.
BPT - система домашней автоматизации с распределённым интеллектом, использующая закрытый протокол передачи данных. В качестве шины используется стандартная витая пара UTP. Реализуется управление освещением, домашней автоматикой, кондиционированием, отоплением, инженерной и охранной сигнализацией, домофонией. Основные мотивы выбора данной системы - низкая стоимость оборудования, простота монтажа и пуско-наладки. Система совместима с любыми типами электроустановочных изделий.
MyHome SCS Интегрируется посредством OpenWebNet-шлюза с системами от различных производителей.
EIB (European Installation Bus - «Европейская инсталляционная шина»).
UBI (Универсальный шинный интерфейс). Данный интерфейс обеспечивает комбинированную передачу по витой паре (UTP, FTP) сигналов управления умным домом, сигналов Ethernet (компьютерная сеть, цифровое видеонаблюдение, цифровое телевидение и телефония, Интернет). Своими идеей и корнями уходит к концепции взаимодействия открытых систем на базе международной многоуровневой модели ISO OSI. В будущем все здания станут интеллектуальными, и будут объединены между собой. По мнению большинства специалистов[источник не указан 418 дней], модель взаимодействия открытых систем OSI идеально подходит для объединения в единое целое решений и технологий различных производителей электронного оборудования, будь то электроника стиральной машины, домашнего кинотеатра, системы вентиляции здания или легкового автомобиля. Уже сейчас многие производители (например, Legrand) оборудования для инженерных сетей интеллектуальных зданий предпринимают немалые усилия по унификации кабельных систем под разные технологии и разное назначение. Введено понятие «Оптимальных сетей.
В правильно спроектированном интеллектуальном здании структурированные кабельные системы и оборудование автоматизации здания не зависят друг от друга. Конечному пользователю не нужно заботиться о том, чтобы в конкретном месте была телевизионная розетка или телефонная. Кабельные системы универсальны и унифицированы. То есть назначение для розетки можно придумать потом. Также потом можно выбрать и конечную реализацию системы автоматизации (будь то EIB, C-BUS, X-10 или что-либо еще). Существуют и получают распространение технологии динамического управляемого «переключения» назначения конечных точек подключения (например, розеток). За доли секунды телефонная розетка превращается в телевизионную. Пользователю лишь остается переткнуть соединительные кабели в другое конечное оборудование (поменять телефонный патч-корд на телевизионный).
C-Bus (protocol) - протокол для домашней автоматизации, а также автоматизации зданий, спортивных сооружений и т. д.[источник не указан 324 дня] C-Bus - это система с распределённым интеллектом (без центрального процессора), использующая кабель 5-категории (Cat.5), длина которого в одном сегменте может составлять 1000 м. Таких сегментов в одну систему можно объединять до 255. В сети используется 36 В переменного тока. Протокол C-Bus используется в Австралии, Новой Зеландии, Азии, на Ближнем Востоке, в России, США, Южной Африке, Великобритании и других частях Европы, включая Грецию, Прибалтику, Румынию и другие страны. В США C-Bus представлен под маркой «SquareD Clipsal». Протокол C-Bus был создан Clipsal Integrated Systems для использования в системах домашней автоматизации и системах управления освещением зданий.
Helvar - для систем управления освещением использует протокол DALI и DSI.
AMX - система домашней автоматизации одноимённой компании Централизованная. Протоколы закрытые. Изначально применялись собственные шины передачи данных. Новые линейки оборудования AMX используют для передачи стандартные протоколы Ethernet, Wi-Fi и Zigbee. Имеет шлюзы для сопряжения с другими системами (EIB, LON и др.).
Crestron - протокол управления систем автоматизации и мультимедийными системами.[источник не указан 324 дня] Разработан компанией Crestron (США). Протокол закрыт. Основной конкурент - AMX (США).
X10 - протокол управления электроприборами. Сигнал передается по электрическим проводам либо в радиодиапазоне. Недостатки - низкая скорость передачи информации и помехозащищенность, проблема ложного срабатывания, отсутствие обратной связи приёмника с передатчиком, возможны конфликты устройств X10 разных производителей и несанкционированный доступ к устройствам X10 по электросети.
Z-wave запатентованный беспроводный протокол связи, разработанный для домашней автоматизации, в частности для контроля и управления на жилых и коммерческих объектах. Технология использует маломощные и миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в бытовую электронику и различные устройства, такие как освещение, отопление, контроль доступа, развлекательные системы и бытовую технику.
LUXOR - система локального управления освещением и климатом. Используется обычный электрический кабель и выключатели. Система производится Theben AG. Протокол закрыт. Основные мотивы выбора данной системы - низкая стоимость оборудования, простота монтажа и пусконаладки. Система совместима с любыми типами электроустановочных изделий.
Smart Bus - шина, разработанная в Канаде. Данная система умный дом является идеальной в сочетании отношения цена-качество.
ONE-NET - открытый протокол беспроводной сети передачи данных, разработанный для целей автоматизации зданий и управления распределёнными объектами.
R-BUS - шина разработанная совместно Российским и Китайским предприятиями с открытым протоколом передачи данных, предназначена для автоматизации больших и малых сооружений.
DOMINTELL - централизованная система домашней, офисной и гостиничной автоматизации. Использует интерфейс RS485 для обмена данными между модулями. Имеются шлюзы Ethernet TCP, UDP, RS232, B&O, DMX(управление светом). Открытая система команд управления "Light Protocol". Была разработана в 1999 году в Бельгии.
Существует два различных принципа построения подобных систем: централизованное (например, IHC от Lexel) и децентрализованное на основе инсталляционной шины (EIB, LonWork, Crastron и др.)
В функции умного дома входит
Управление светом
Управление светом позволяет пользователю создавать световые сценарии из неограниченного числа источников света с различной яркостью, включать их одновременно или с задержкой, имитируя, например, эффект "бегущих огней".
Используя специальные световые светорегуляторы можно не только менять яркость, на которую загорается лампа при включении, но и время, за которое будет достигнута эта яркость.
Функция постоянного контроля освещенности предназначена в основном для офисных помещений и дает возможность поддерживать заданную пользователем освещенность рабочей поверхности независимо светит ли солнце или небо укрыто тучами.
Автоматическое включение наружного овещения в зависимости от времени суток и присутствия людей не только обеспечит дополнительный комфорт, но и отпугнет непрошенных гостей.
Управление микроклиматом
Система постоянно измеряет температуру индивидуально в каждой комнате и поддерживает ее на заданном Вами уровне, управляя непосредственно клапанами радиаторов или заслонками кондиционера, а также, при необходимости, автоматически включает или выключает вентиляцию.
Каждый день EIB помогает Вам экономить денежные средства благодаря различным режимам работы системы: комфортный режим, ночной режим, режим "никого нет в доме". Смена режимов происходит по расписанию или по команде пользователя. Достаточно лишь однажды задать температуру на дисплее сенсорной панели в комнате для каждого из режимов.
Система отопления / кондиционирования выключится автоматически для сбережения энергии, если окна комнаты будут открыты для проветривания (сигнал об этом пошлет межрамный контакт).
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 ведет запись всех событий, которые происходили в нем за время вашего отсутствия: кто и когда приходил, сколько времени находился в доме, какие подозрительные личности долго крутились возле него. Их лица и действия зафиксированы в его памяти.
Не прошеных гостей поджидают неприятные сюрпризы в виде ослепляющего света и звуковой сирены. Кроме того, об их проникновении в Дом сообщит по телефону пользователю и вызовет охрану.
Аварийные ситуации.
При возникновении аварийных ситуаций (например, протечки воды) Дом не только проинформирует пользователя и соответствующую службу, но и предпримет необходимые меры по локализации аварии (прекратит подачу воды).
Эффект присутствия
В отсутствие пользователя Дом может имитировать привычный образ жизни хозяев, включая по вечерам свет и музыку, тем самым создавая эффект присутствия.
В качестве вывода хотелось бы заметить, что система «Умный Дом» является комплексной системой автоматизации жилища с применением с наличием огромного ряда функций. Система относительно популярна во всех странах мира. В систему входят функции управления такими системами как система освещения, вентиляции, охранная система, система противопожарной безопасности, система защиты от протечек воды, система обогрева и т.д. Система работает благодаря платформам для построения шинных распределённых систем управления вышеназванными системами, таким как LanDrive,LCN, iRidium Mobile,BPT,MyHome SCS,EIB.
Вопросы для самоконтроля:
Что понимается под термином «Умный дом»?
Какие системы выходят в единую систему управления зданием?
Какие виды технологий Вы знаете?
Какие функции умного дома Вы знаете?
https://ru.wikipedia.org/wiki/, википедия, Свободная энциклопедия
http://www.bestreferat.ru/referat-236613.html Банк рефератов
Аннотация: Данная лекция посвящена введению в тематику умного дома. В ходе лекции выявляются отличия умного дома от обычного, вводится ряд первоначальных понятий и даются теоретические знания по кабельным системам, используемым при создании умного дома. В лекции собран материал необходимый для обеспечения целостной охранной системы для загородного дома. Важнейшей особенностью Умного дома является его преимущество в экономическом плане. Вы не только сэкономите на электричестве и теплоснабжении, но и значительно облегчите ряд стандартных операций.
Презентацию к данному разделу лекции Вы можете скачать .
Понятие Умный дом (с англ. intelligent house ) было сформулировано в 1970-х годах в Вашингтоне в Институте Интеллектуального здания . Если обратиться к дословному переводу, то слово " intelligent " означает "разумный".
Спрос на Умный дом в России растет с каждым днем. Понятно, что этот Умный дом должен быть красивым, комфортным, удобным, надежным, Умный дом должен быть послушен воле своего умного владельца, а главное - Умный дом должен интуитивно реагировать на действия хозяина, предугадывать поведение и мысли хозяина, контролировать и вести дела, когда хозяин отсутствует. Конечно, все это утрировано, но доля правды в этом есть и не малая. Таким образом, Умный дом - это идеи, и их осуществление, в функциях подобранной для этого техники и аппаратуры . Все оборудование, которое входит в понятие " Интеллектуальное Здание " или " Умный дом ", отличается от обычных выключателей, розеток, ламп, как старый телевизор с ручкой переключения каналов отличается от современного, оснащенного пультом дистанционного управления. Так, например, по своему внешнему виду интеллектуальный выключатель практически не отличается от обычного. Зато одним нажатием клавиши можно не только включить - выключить, но и изменить яркость. Теперь не нужно тянуть несколько проводов и ставить несколько выключателей, чтобы включать группами лампы в люстре или встроенные в потолок или стену группы светильников Интеллектуальный выключатель отличается и от диммеров (устройств плавной регулировки яркости света ) тем, что светом можно управлять не сходя с места, например, удобно устроившись у домашнего кинотеатра, или с книгой в кровати. Достаточно, чтобы рядом находилась розетка, в которую подключен многоканальный выключатель – мини контроллер . Это устройство позволяет управлять одновременно несколькими группами светильников. В принципе, контроллер с таким же успехом может управлять и другими электроприборами – кофеваркой, нагревателем, утюгом. Какую схему расчета затрат на использование Интеллектуального Здания не применяй – система окупится . Окупится сторицей, потому, что ущерб от кражи, пожара, утечки газа или нападения на Ваш дом гораздо больше, чем Вы вложите в оснащение дома системой Интеллектуального здания .
На слайде 5 вы можете посмотреть наглядную схему умного дома.
Перейдем к датчикам и устройствам. Вы можете посмотреть классификацию и фотографии на слайдах 7 – 16.
При построении системы " Умный дом " для передачи сигналов управления выключателям с интеллектуальной начинкой могут использоваться уже проложенные провода от розеток и светильников, хотя, конечно, гораздо удобнее и функциональнее в период эксплуатации или наращивания системы иметь проложенный в момент строительства наравне с другими инженерными сетями специальный кабель , именуемый также шиной. Наличие шины в дальнейшем позволит насыщать систему всем, что покажется необходимым без существенных затрат на перепроектирование и последующие ремонтные работы. Еще более высокий уровень комфорта обеспечат датчики движения. Если установить такой датчик, свет может включаться сам при приближении человека на расстоянии 6-8 метров. Через определенное время датчик выдаст сигнал на выключение света ( интервал может регулироваться от 1 до N-ого количества минут). Удобство подобного устройства очевидно – не придется нашаривать ночью выключатель в туалете или в ванной комнате. Помимо прочего, датчик можно запрограммировать на включение света, когда стемнеет, или на включение дежурного освещения. Датчик можно разместить перед входом в дом – конечно же удобно, что крыльцо будет освещено, стоит лишь подойти на определенное расстояние . Весомый плюс – датчики могут работать автономно от батареек, поэтому не придется прокладывать дополнительные провода.
Повысит уровень комфортности и позволит сэкономить теплоносители электромагнитный клапан, который не только сможет включить воду по Вашему указанию в виде нажатия кнопки на пульте, или просто в определенное время. Но он же может воду и выключить - стоит врезать его в систему отопления, и он будет включать поток теплоносителя (это ведь может быть и не вода, а, например, Тосол, или другая специальная жидкость) только когда станет прохладно. Поставив клапана в каждой комнате, можно будет задавать температурный режим отдельно для каждой комнаты. Если в городе это и не очень актуально, то для домов с отоплением на солярке экономия может быть значительной. Чтобы осуществить удаленное управление приборами необходим телефонный контроллер , который можно использовать и как обычный контроллер - он позволяет управлять 10 приборами по телефону и 8 приборами с кнопок. Доступ к управлению защищен кодом. Установив в котельной ряд датчиков и контроллер , владелец получит такие возможности, как: включение / выключение котла не только вручную, но и по программе, а также дистанционно - по телефону, например. Кроме того, контроллер будет следить и за давлением газа (если котел газовый), и за наличием солярки, и за давлением жидкости - ведь обычно в системе стоит автоматический клапан выпуска воздуха, а с воздухом уходит и водяной пар - давление в системе падает, а контроллер вовремя даст команду клапану добавить воды в систему. Он же будет следить и за давлением воды в системе водоснабжения, и за уровнем воды в скважине, и за температурой трубопровода. Все это возможно при условии установки необходимого количества датчиков, с помощью которых контроллер собирает информацию.
Контроллер может существенно облегчить задачу полива газона. В этом случае, оснастив систему полива датчиками влажности, дождя и температуры, хозяин сможет не беспокоиться о том, что если дождя не было, то газон будет полит, как положено, после захода солнца. Если погода жаркая – то полив будет произведен еще и перед восходом. Этот же
