Что такое умный дом: принцип работы и устройство + создание проекта и советы по сборке

Немного предыстории

Все началось 4 года назад, когда любитель гаджетов и технологий Челбаев Олег решил вести собственный канал на YouTube. Основной тематикой роликов стали гаджеты и штуки для умного дома.

Обозревались и описывались разные технологии и системы управления, но основной упор делался на реализацию умного дома от Apple. Многие, и я в том числе, пытались сделать систему HomeKit центром своего “умнеющего” жилища, но в процессе сталкивались с рядом трудностей.

Во-первых, HomeKit Ready устройств на нашем рынке не так уж и много, а те, что есть, стоят в разы дороже конкурентов без заветной наклейки на коробке. Подключить к системе Apple сегодня можно практически любой умный гаджет либо при помощи специальной модифицированной прошивки, либо через определенную “прокладку” или “мост”.

Во-вторых, система HomeKit позволяет мониторить далеко не все показатели, снимаемые умными устройствами, не имеет тонкой настройки и расширенных опций, которые приходится задавать в родном приложении производителя.

В-третьих, приложение Дом от Apple имеет скудный интерфейс и неудобное управление, что сразу же отпугивает многих новичков от данной темы.

Хуже всего, что ни одна из существующих систем умного дома не позволяет комфортно и главное просто построить свой умный дом, чтобы в дальнейшем расширять его возможности и добавлять новые гаджеты.

Так у Олега появилась интересная идея – сделать универсальный хаб, который подобно спруту мог бы связать своими щупальцами все умные гаджеты в доме. Штука эта должна была быть максимально функциональной и при этом простой в освоении.

Никаких подключений по ssh, терминальных команд, установки плагинов и правки конфигураций. Только удобный plug&play.

А для управления всеми подключенными устройствами нужно полностью переработанное приложение для умного дома с удобным практичным интерфейсом.

Что такое

Smart house — так звучит это словосочетание на английском. Это своего рода домашний автоматический комплекс, в котором собраны практически все бытовые приборы, управляемые одной системой.

Эта система не зря называется «умной». У нее есть мозг — это своя личная программа, под руководством которой и работают все устройства, выполняя сервисные функции.

А возможности умного дома такой электронный «мозг» расширяет многократно и дает очень много:

1. Удаленное управление и контроль над всей электрической системой и электронными приборами, которые находятся в доме.
2. Программирование бытовой техники под свои предпочтения (к примеру, включение света и обогревательных приборов по таймеру).
3. Настройка всех приборов на работу по определенному сценарию. Это означает — если происходит это, то сделать нужно это. Ну вот к примеру — взошло солнце и повысилась температура в комнате, значит необходимо чтобы заработал кондиционер. Сам! Автоматически!
4. Управление теми же бытовыми устройствами с помощью голосовых команд.

И это только малая часть того что может дать технология «smart house».

Для обычного пользователя таких систем совсем нет необходимости изучать основы программирования. Достаточно определится, каким образом все домашние устройства будут связываться с головным устройством — Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee. А владельцу дома остается найти и установить специальное программное обеспечение на свой личный смартфон или планшет и пользоваться всеми удобствами.

Как мы уже говорили вначале, это не новая технология. О ней знают или слышали многие. Единственное что останавливает многих — а так ли нужны эти технологии умного дома? Давайте еще добавим преимуществ этих систем. Также появляется возможность управлять:

• Освещением;
• Видеонаблюдением;
• Климатической техникой;
• Бытовыми приборами;
• Разумное энергосбережение;
• Защиты от протечек, газа, пожара;
• Глобальные охранные возможности;
• Продлевается срок службы электрооборудования;
• Предельно максимальный уровень комфорта, который выбирают сами пользователи;
• Экономное расходование всех бытовых ресурсов;
• Нет абонентской платы.

Функции умного дома

Перед тем как обеспечить свое жилище системами управления нужно определиться с теми функциями, которые вам будут необходимы:

Освещение

Это наиболее популярная функция, которая позволяет управлять группами осветительных приборов (включение/выключение), выставлять требуемый уровень яркости, программировать время работы устройств.

Для создания автоматически включаемого освещения входа понадобится датчик движения, таймер и прожекторы. Система может контролировать несколько приборов при обнаружении движения и включать свет в определенный промежуток времени — например с 23:00 до 6:00. В доме устанавливается многоканальный настенный выключатель, который посылает нужные сигналы к светильникам и регулирует яркость ламп. Дополнительный ламповый модуль с памятью и статусом позволяет запоминать яркость, а также контролировать включение (свет может вспыхивать не резко, а плавно, что значительно влияет на долговечность лампочек). При желании управление системой можно доверить радиовыключателям в виде брелков.

Климат

В качестве климатообразующих элементов дома сегодня используются кондиционеры, «теплые полы», газо- и электронагреватели. Каждый из этих приборов управляется с помощью единой системы, что позволяет избавиться от проблем с разрозненной температурой в помещениях.

Основой климатической системы умного дома служит термостат. Он следит за температурой среды и откликается на ее перепады, посылая управляющие сигналы отопительным устройствам. В целом, такая автоматизация позволяет экономить до 10-15% энергии. Хозяин может произвольно повышать или понижать температуру либо программировать термостаты, задавая определенные показатели.

Домашний кинотеатр

Обладатели всевозможных медиа-устройств часто сталкиваются с проблемой большого количества пультов — от DVD, CD, плазменной панели, спутникового ресивера, сабвуфера и т. д. Концепция умного дома предполагает объединение всех систем дистанционного управления в одно целое. Для этих целей существуют универсальные программируемые пульты и сенсорные панели, позволяющие контролировать работу 10-15 приборов. Кроме единого управления эти устройства снабжаются функциями создания сценариев вроде включения телевизора, аудиосистемы, света, запуска диска с фильмом и т. п.

Для обозначения такой системы даже существует отдельный термин — «мультирум». При правильной настройке, она грамотно распределяет аудио- и видеосигналы по зонам дома и позволяет пользоваться медиа-функциями в любой части помещения. Главное достоинство мультирума — возможность сосредоточить всю аппаратуру в одном месте, имея к ней постоянный доступ.

Безопасность

Автоматизированная система охранно-пожарной сигнализации достаточно эффективна, благодаря неизменному контролю над домом. В ответ на срабатывание датчиков защитные устройства выполняют ряд действий в определенной последовательности, например, проникновение в здание посторонних влечет за собой вызов милиции, включение сигнализации, открытие собачьей будки, голосовое и SMS-оповещение. Кроме того, для предотвращения подобных ситуаций умный дом может создавать иллюзию наличия хозяев в доме посредством включения светильников, музыки, «лая» собаки.

Немаловажной функцией систем безопасности является видеонаблюдение. Концепция умного дома подразумевает подачу сигнала с камер на любой монитор в доме, а также архивирование и обработку записей

Технология идентификации личности включает в себя бесконтактные карты, биометрические системы и коммуникаторы. Специальные устройства и датчики считывают информацию с носителя и сравнивают с заранее запрограммированными данными. Контроль системы может осуществляться с помощью мобильного телефона или Интернета.

Дымовые и тепловые датчики немедленно реагируют на появление негативных ситуаций, связанных с работой инженерных систем и предотвращают форс-мажорную ситуацию — очаги пожара, превышение уровня газа в помещении и т. д.

Придомовая инфраструктура

Современные загородные дома имеют множество второстепенных функций, которые разумно передать электронике. В основном, автоматизации подвергаются действия по обслуживанию придомовой инфраструктуры и территории. К пульту управления подключаются всевозможные датчики, которые отвечают за полив газона в случае снижения влажности почвы; избавление кровли от снега и льда; дистанционное открытие гаражных ворот; контроль микроклимата в зимнем саду или теплице.

Виды связи и подключения

Вариантов всего два:

• подключение и связи между элементами по проводам;
• беспроводное подключение и обмен сигналами.

Первый вариант работает надежнее, обмен сигналами и реакции происходят быстрее, комплектующие стоят дешевле. Все компоненты соединяются проводами. Вариант беспроигрышный для новостроек. Перед началом монтажных работ необходимо разработать проект. Лучше доверить проектирование профессионалам. В зависимости от функционала и размеров квартиры (дома), проводов может быть очень много. Количество материала для монтажа так же определятся проектом. Скрытая проводка выполняется по пробитым в стенах каналам (т.н. штраба). По окончании монтажа и коммутации, штрабы заделываются, проводки не видно (скрытая). Метод применим для квартиры и для загородного дома, если это новостройка или планируется ремонт.

Беспроводной вариант не требует монтажа проводов между компонентами и монтируется быстро. Однако компоненты ее стоят дороже и их элементы питания требуют своевременной и частой замены.

В чем польза системы «Умный дом»?

Преимущества данной технологии:

1. Высокий уровень комфорта. Все элементы разработаны с учетом новейших тенденций. Сенсорные панели и пульты представлены в современном удобном дизайне.
2. Экономия бюджета. В отсутствие хозяина освещение, отопление и другие инженерные комплексы начинают работать в умеренном режиме.
3. Безопасность. Программа помогает вовремя обнаруживать задымление или проникновение посторонних лиц. В случае утечки воды или газа программа перекрывает клапан подачи этих ресурсов. Информация о каждом чрезвычайном инциденте сразу предоставляется и клиенту, и соответствующим аварийным службам.
4. Экономия времени. По нажатию 1 кнопки система включит нужную программу, закроет жалюзи, сделает свет приглушенным, опустит экран и включит проектор на воспроизведение.
5. Контроль над внутренними параметрами помещения. Сложные проблемы решаются нажатием 1 кнопки.
6. Увеличение стоимости недвижимости за счет технологий.

Технология считается дорогостоящей, но преимущества использования компенсируют расходы на ее приобретение.

Какие системы требуют общего управления

Большое количество различной техники в квартирном либо частном жилище нуждается в отдельном подходе к каждому приспособлению. Необходимо разобраться, каким образом возможно разделять системы. Главной считается освещение. Чтобы включить и выключить лампы в различных комнатах, требуется использовать размыкатели либо ПДУ.

Затем следуют вентиляционные системы – приспособления, которые обеспечивают микроклимат в помещении. Кроме того, большинству иногда кажется неудобным отсутствие видео- и аудиотехники, имеющей обособленное управление. Системы охраны представлены разного рода видеокамерами, световыми и звуковыми оповещателями и индикаторами сигнала на пульт.

Технология даёт возможность объединять контроль каждой перечисленной системы единым искусственным интеллектом, который управляется либо программируется непосредственно собственником.

Весь контроль системами также осуществляется с помощью сенсорных панелей, которые расположены в различных местах дома.

Системы, которые нуждаются в общем управлении ФОТО: klintsy.ru

Типы систем умного дома

Вы укрепились в решении обзавестись системой «умный дом». Теперь настала очередь выбрать — какого типа она будет.

Вообще говоря, их несколько видов, а точнее пять, и все они отличаются друг от друга. Мы все описывать не будем, но о трех системах вкратце расскажем:

1. Проводные системы.
2. Беспроводные системы.
3. Централизованные системы управления.

Перед проектированием полезно ознакомится с возможностями всех систем, и выбрать ту, которая полностью покрывает и ваши потребности, и ваши возможности.

Проводная

Само название говорит о том, что для монтажа всей системы применяются провода. Все датчики и панели управления соединены между собой посредством кабельных соединений.

Системы проводного типа на современном рынке представлены большим разнообразием различных комплектующих. Это не только расширяет функционал комплекса, но и открывает перед конечным пользователем огромный спектр возможностей. Эти системы давно наработаны и испытаны в большинстве охранных комплексов.

Высокая надежность достигается именно за счет того что сигналы от датчиков проходят по кабельным линиям, что уже само по себе служит гарантией непрерывной работы. Мало того, кабельные линии обладают высокой пропускной способностью и большими скоростями обмена информационных данных. Если проводной комплекс заранее рассчитан на дальнейшую модернизацию, то дополнительные модули легко интегрируются в эту сеть.

Главный минус проводных систем — довольно сложный и трудоемкий монтаж. Устройство системы лучше всего запланировать до начала капитального ремонта в доме. Практически всегда есть необходимость штробить каналы в стенах и разборки напольного покрытия. Наиболее целесообразно такую систему умного дома запроектировать еще до строительства дома.

Беспроводная

Такие системы выгодно отличаются от проводных за счет того, что для обмена данными используется:

• радиоканал;
• инфракрасный канал;
• Wi-Fi.

Развернуть такой комплекс можно как в готовом помещении, так и на этапе ремонтных и отделочных работ. Внутренний интерьер практически не нарушается.

Монтаж всего комплекта возможен своими руками и довольно быстро. Это главное достоинство таких систем. Кроме того есть возможность расширения сети — подключение новых элементов максимально несложно. Дополнительные элементы устанавливаются, как правило, самостоятельно, без привлечения специалистов.

Если выбор пал на беспроводную систему, необходимо учитывать некоторые особенности этой схемы:

1. Ограниченный радиус работы. Решается установкой дополнительных ретрансляторов радиосигнала.
2. Стены и перегородки внутри здания служат помехой для работы Wi-Fi. Также исправляется установкой контроллеров или репитеров.
3. Могут возникать программные конфликты оборудования. Поэтому к подбору всех элементов системы нужно относиться с особой тщательностью.

Централизованная

Такой умный дом работает с помощью специального логического модуля. Наличие в системе своего «мозга» позволяет собрать и анализировать всю информацию, которая собирается со всех датчиков. После последующей обработки модуль выдает исполнительные команды различным исполнительным системам.

В качестве такого логического модуля выступает специальный контроллер на борту, которого есть выходы ко всем исполнительным элементам системы.

Вся система специально программируется специализированным софтом, который в ходе работы можно дополнять различными изменениями.

Что дает такая система?

1. Нет зависимости от производителя исполнительных устройств. Подключить можно любое нужное оборудование.
2. Все элементы подсистемы управляются через единый интерфейс.
3. Появляется возможность создавать собственные сложные и многоступенчатые сценарии работы.

Уязвимое место централизованной схемы управления — невысокая надежность. Как уже было сказано всей работы руководит центральный контроллер. Естественно, работает он круглосуточно и вероятность его поломки весьма высока. Но фирмы-производители контроллеров для таких систем гарантируют большой запас прочности.

Что такое «умный дом» с технологической точки зрения

Обычно технология умного дома предусматривает наличие множества единиц техники под общим контролем. Каждое устройство снабжено комплексом датчиков и сенсоров, компьютером и умеет обмениваться данными по сети. Автоматизированные процессы обеспечивают максимально эффективную степень работы домашней техники и делают ее умнее. Холодильники составляют меню из наличия продуктов, делают заказ по интернету, а через камеру робота-пылесоса просматривается, что делает кот или собака в ваше отсутствие.

Установка системы умный дом привлекает своим комфортом и современным наполнением жилья. Но у любой, даже хорошей вещи, есть свои преимущества и недостатки. Поэтому перед тем, как выбрать систему, стоит узнать поближе что это и как установить умный дом.

Преимущества и недостатки автоматизации домашних процессов

С точки зрения технологического преимущества, владелец дома получает:

Экономия

Оплата на коммунальные услуги при использовании умных инноваций снижается на 30% по отоплению и эксплуатационным характеристикам на 40% – по освещению. Также при возникновении форс-мажорной ситуации система среагирует максимально быстро, и ущерб будут минимальным. Техника работает на оптимальных настройках, поэтому срок ее службы увеличивается.

Безопасность

Умный Дом безопасность ставит на первое место. Система Умного Дома контролирует абсолютно все устройства в помещении, мониторит вход в жилье, и при любой тревожной ситуации автоматически блокирует источник опасности.

Комфорт

Алгоритм работы «умного дома» четко и отлажено следит за домом даже из другой страны мира. Достаточно включить смартфон или планшет для проверки через домашние видеокамеры. Дополнительно можно сменить параметры работы инженерных систем.

Приятное времяпровождение

Система мультирум обеспечит аудио и видео по всему дому. Причем следовать они будут за пользователем из комнаты в комнату. Особо интересны игровые консоли виртуальной реальности с эффектом присутствия.

Теперь взгляд с противоположной стороны с критикой и без оптимизма:

1. Установка умного дома предусматривает затраты на оборудование, монтаж и обслуживание. Но если смотреть дальше, то еще и расходы на ремонт дома, ведь все провода должны быть зашиты в стены, без следа вмешательства. Добавить к этому сумму модернизации системы всего дома, а не пару единиц техники, вырисовывается сумма, которую никакая экономия электроэнергии не отработает за пять лет. Но отрицать снижение стоимости компьютерных инноваций каждый год с грандиозной скоростью неразумно.
2. Второй недостаток – умный дом для квартиры не самый лучший вариант. Для подключения технологии в стенах меняется вся проводка, количество проводов на 20 кв. м может достигать до 200 м. Такое мероприятие сравнимо полноценному ремонту. Жить в квартире, опутанной проводами небезопасно.
3. Третий минус – обязательно технология умный дом в квартире предусматривает наличие дополнительного оборудования. Чтобы техника работала постоянно и без сюрпризов ставятся источники бесперебойного питания и стабилизаторы напряжения. Для поддержания работоспособности системы при отключении электроэнергии придется добавить резервный генератор на бензине или дизеле. Такие агрегаты требуют отдельного места расположения, которого в квартире часто не выделить.

Оптимально подходит система «умный дом» для загородного дома, а о размещении на этаже стоит сильно подумать прежде, чем принимать решение. Хотя нет ничего невозможного: многие компании сейчас имеют готовые коробочные решения под ключ для того, чтобы операция «умный дом интеграция в квартиру» прошло гладко, и подстраивают систему под особенности жилья. Это могут быть:

• безопасность;
• климат-контроль;
• мультирум;
• жизнеобеспечение.

В целом стоимость умной квартиры обходится ниже, чем аналогичная технология в частном доме, и ее популярность набирает обороты.

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.

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.