Умным домом называют здание, в котором все оборудование (отопительное, вентиляционное, климатическое) и различные устройства объединены в общую сеть, что позволяет жильцам использовать функции и услуги нового уровня. Система умный дом включает в себя много факторов.

В большинстве случаев этими устройствами можно управлять удаленно через интернет. Иногда для обозначения данной концепции используют словосочетания «интеллектуальное жилье», «электронный дом» и так далее (от английских smart house, smart living, e-home).

Важнейшее преимущество системы Умный дом - более эффективное использование энергоносителей - тепла, электричества и воды.

Например, если загрузить в программу управления домом информацию о стоимости энергоносителей, система может автоматически составить максимально экономичный план потребления - без какого участия владельцев дома.

Она будет при необходимости отключать котел или включать стиральную машину либо электрический бойлер в то время, когда действуют более дешевые тарифы на электроэнергию.

Еще одна полезная возможность - контроль безопасности при помощи таких средств, как мониторинг состояния дома. Концепция умного дома также позволяет создать среду для самостоятельной жизнедеятельности лиц с ограниченными возможностями, например, дом может быть адаптирован под нужды пожилых людей.

Системы умной автоматики позволят свести к минимуму усилия для обслуживания инженерных коммуникаций и оборудования дома, помогут организовать защиту от протечек воды или газа, возникновения пожара, а также вторжения грабителей.

Одним словом, умный дом способен позаботиться и о себе, и о жильцах. При этом оснастить здание интеллектом можно как на этапе строительства дома, так и после завершения капитальных работ.

Комплексная система управления умный дом

Главное достоинство умных комплексов автоматики - в способности управлять инженерными системами. Вся большая и сложная система управления сводится к одному пульту. Обычно он представляет собой сенсорный экран с логичным и доступным интерфейсом. То есть для того чтобы изменить режим кондиционирования или обогрева, не нужно выполнять сложные алгоритмы.

В системе «умный дом» используются так называемые «сценарии», где четко расписаны роли всех подключенных устройств. По нажатию всего одной кнопки срабатывает заранее запрограммированный набор действий.

Так, при выборе сценария «Вечер» закрываются шторы, верхний свет приглушается на 80 % и включается торшер. А при выходе из дома достаточно нажать кнопку «Никого нет», и свет сам везде выключится, краны закроются, климат-контроль переключится в экономичный режим, включится система охранной сигнализации.

Управлять жилищем можно удаленно. Для этого достаточно запустить специальную программу на компьютере, планшете или смартфоне, набрать пароль и получить доступ к пульту управления или, скажем, к камерам наблюдения за домом.

Ну и еще один неоспоримый плюс системы «умный дом» - это ее гибкость. Здесь не обязательно устанавливать все компоненты сразу: можно сначала организовать, например, только умное освещение, заменив многочисленные включатели одним пультом, но при этом предусмотреть возможность дальнейшего развития.

В таком случае дом будет «умнеть» постепенно, что позволит более равномерно распределять траты.

Умный дом - комплексное решение

Главным достоинством систем «умный дом» считается комплексность, интеграция всех жизненно важных инженерных сетей здания в одну интерактивную. При выборе компании, которая предлагает реализовать автоматическое управление домом, стоит обращать внимание на историю и количество выполненных проектов. Нужно учитывать и ассортимент предоставляемого продавцом оборудования.

Сети в умных домах объединяются системами логической автоматики.

Так, одна компания может вам предложить качественное управление светом, при этом у нее может отсутствовать система «мультирум» (подробнее см. блок «Власть над медиа»).

Или наоборот, фирма обеспечивает хорошее управление домашним кинотеатром и коммутацию аудио- и видеосигналов, но при этом не предоставляет полноценного управления освещением, климатом, системой зашторивания. Конечно же, удобнее и надежнее работать с теми, кто реализует все составляющие.

Технологии умного дома: основные принципы работы

Чтобы использовать интеллектуальные возможности техники, устройства должны быть объединены. На сегодня существуют десятки технологий для организации умного дома.

Среди них можно выделить:

• решения с использованием системной шины - специального кабеля, который прокладывают в здании для передачи команд управления умными устройствами;
• технологии, где передача управляющих команд происходит по электропроводке;
• беспроводные радиосистемы.

Шинная технология обычно подразумевает использование трех типов устройств:

• сенсоров и датчиков (освещенности, температуры, движения и т. д.);
• исполнительных модулей, которые выполняют команды устройств первой группы;
• системных устройств (блоки управления, блоки питания, модули логической автоматики).

Шинная система умного дома может постоянно или только для настройки управляться из единого центра, а может вообще не иметь центрального модуля.

Во втором случае умная система будет работать под управлением распределенного интеллекта, когда устройства сами определяют наличие других интеллектуальных устройств и предлагают определенные сценарии работы.

Шинные технологии, которые обычно применяют на этапе строительства, отличаются надежностью, простотой модернизации, но и высокой ценой. Если же необходимо оснастить интеллектом уже возведенный дом, имеет смысл использовать другие решения.

В системах, где сигналы передаются по электропроводке, есть возможность оснастить любую розетку трансивером - приемником радиосигналов от беспроводных устройств дистанционного управления.

Подключенные к розеткам трансиверы, а также автоматические или управляемые контроллеры формируют команды для исполнительных модулей, которые и приводят в действие технику умного дома.

В случае с беспроводными системами встроенные в технику умные модули (контроллеры, управляющие устройства, датчики) могут обмениваться сигналами, принимать информацию с пультов управления и ретранслировать команды.

При подготовке материала использованы фото из журнала Приватный Дом

Принято считать, что концепция «Умного дома» (от английского smart house) берет свое начало в середине прошлого века, но из-за высокой стоимости реализации подобные проекты не получили широкого распространения. Ситуация в корне изменилась с развитием электроники и в настоящее время такие системы хоть все еще не внедряются повсеместно, но уже и не воспринимаются как диковинка. Предлагаем рассмотреть, что представляет собой «Умный дом», его круг задач, а также возможность самостоятельной реализации такого проекта.

Что такое система «Умный дом»?

Под данным термином подразумевается программно-аппаратный комплекс, позволяющий автоматизировать и упростить управление различными системами, а также другим оборудованием дома или квартиры.

В качестве примера приведем функции, которые могут быть возложены на «Smart house» (далее SH):

Управление системой освещения, например:

• включать свет по сигналу датчика движения;
• имитация присутствия хозяев (периодически зажигается свет в разных комнатах);
• изменение различных вариантов подсветки интерьера;
• дистанционное управление светом при помощи планшета или смартфона и т.д.

Вариант функционального набора охранной системы:

• получение SMS сообщений в случае включения, отключения и срабатывания системы;
• отправка MMS сообщений с видеокамер при поступлении сигналов от датчиков движения;
• возможность просмотра видеозаписи через Интернет и т.д.

Система климат-контроля:

• поддержка температуры на заданном уровне, с возможностью его установки дистанционно (например, при помощи смартфона);
• установка режима максимальной экономии при отсутствии хозяев и т.д.

Это далеко не полный функциональный набор, он может быть расширен в зависимости от пожеланий и финансовых возможностей. Благодаря развитию беспроводных технологий масштабируемость системы не требует капитального ремонта.

Какие минусы имеет “Умный Дом”:

• Любая электроника не застрахована от сбоев или зависаний. Нужно быть готовым к тому, что в любой момент понадобится перенастройка отдельных электронных систем и компонентов вручную;
• Дороговизна. На рынке России и СНГ производители продают системы по минимальной цене от 2000 долларов до 5000, в зависимости от «начинки» и пожеланий заказчика.

Как сделать дом «Умным»?

В идеале реализация подобных решений должна вестись на этапе строительства, но такой вариант ввиду разных причин не популярен среди застройщиков. В результате остается два способа автоматизации:

1. Обратиться в профильную компанию, где на основе ТЗ заказчика будет составлен проект с его последующей реализацией. Минимальная стоимость такого решения варьируется, как уже было сказано выше, в пределах $2000-$5000, максимальная зависит от функционального набора и используемого оборудования.
2. Самостоятельно разработать и внедрить систему «Умный дом».

В первом случае заказчик получает готовое решение, под ключ. Во втором, стоимость реализации можно существенно сократить, если не на порядок, то в несколько раз, особенно если использовать для этой цели платформу Ардуино (о ней мы расскажем немного ниже). Необходимо предупредить, для реализации проекта потребуются навыки программирования, но разработчики постарались максимально упростить эту задачу.

Кратко о платформе

Основа платформы это плата с микроконтроллером (далее МК) и электронным обвесом к нему. К контролеру выпускается множество различных датчиков и плат расширения с теми или иными функциями.

Обозначение:

1. Порт для перепрошивки (стандартный USB).
2. Кнопка аппаратного сброса.
3. Сигнал опорного напряжения.
4. Контакты для цифровых сигналов.
5. Сигнал ТХ.
6. Сигнал РХ.
7. Порт для подключения внешнего программатора.
8. Контакты для аналоговых сигналов.
9. Подключение внешнего питания.
10. +5 В.
11. +3,3 В.
12. Сигнал сброса.
13. Разъем для источника питания.
14. Микроконтроллер.

Особенность платформы заключается в том, что процесс программирования МК максимально упрощен. Прошивка при помощи встроенной программы-загрузчика через имеющийся на плате порт USB. На случай случайного «затирания» этой программы предусмотрена возможность перепрошивки стандартными программаторами.

Для программирования используется бесплатная оболочка (Arduino IDE), совместимая с наиболее распространенными операционными системами (Windows, Linux, Mac OS). В эту оболочку входит текстовый редактор для написания программ, компилятор и библиотеки. В качестве базового языка программирования используется упрощенный вариант С++. Более полную информацию о программировании МК можно получить на сайте разработчика и тематических форумах. В этих же источниках можно узнать все о визуализации управления системой.

Оболочка для программирования Ардуино

Ориентировочная стоимость оригинального базового модуля $30 – $50 (в зависимости от модификации), китайских аналогов – $10-$16.

Примеры плат расширения и датчиков

Приведем краткое описание шилдов, которые могут понадобиться при разработке собственного проекта SH.

Модуль для подключения к локальной сети или интернет по стандартному протоколу TCP/IP. В качестве основного элемента используется контроллер ENC28J60. Данное устройство позволяет организовать визуализированное управление системой с веб-сайта.

Подключение сетевого модуля к Ардуино

Модуль GPRS/GSM SIM900 позволяет осуществлять управление системой при помощи обмена данными через сеть любого мобильного оператора. Для подключения к сети используется стандартная SIM карта. Имеется возможность отправки SMS и ММС сообщений, в библиотеке модуля реализована поддержка других функций.

Реле электромеханического действия на 10 А 250 В, может использоваться для управления освещением или другой соответствующей нагрузкой. При подключении питания включается светодиод красного цвета, если реле срабатывает, то дополнительно загорается зеленый индикатор. Сигнал можно подавать от любого цифрового выхода МК.

К сожалению, при максимальной нагрузке или близкой к ней у электромеханических реле, через несколько недель работы могут начать залипать контакты, поэтому для управления работой электрокотлов системы отопления они не подходят. Но не стоит расстраиваться, для платформы Ардуино можно найти модули на все случаи жизни, в данной ситуации решить проблему можно при помощи твердотельного реле, например SSR-25DA.

Обозначения:

1. GND на базовой плате.
2. К цифровому выходу, например, D
3. Питание от сети 220 В.
4. Подключение нагрузки.

Обратим внимание, что данный модуль реализован на симисторе, а для его стабильной работы требуется отвод тепла, поэтому рекомендуем вместе с модулем приобрести и штатный радиатор.

Датчики

Теперь рассмотрим несколько типов датчиков, которые также могут быть полезны для проекта, начнем с ИК устройства HC-SR501, фиксирующего движения.

Обозначения:

1. Питание от источника в диапазоне 5-12 В (можно подключить к +5 В на плате контроллера).
2. Сигнал, исходящий от датчика (подключается к любому цифровому входу МК)
3. GND соединяется с соответствующим контактом базовой платы.
4. Время задержки (удержание логической единицы на выходе) – от 5 до 300 сек.
5. Чувствительность датчика (можно установить от 3 до 7 метров).
6. Переключатель в режим «Н» (при серии срабатываний устанавливается логическая единица).
7. Установка режима «L» (при активации посылается одиночный импульс).

Не менее полезным будет цифровой температурный датчик DS18B20 (изготавливается в герметичном и обычном исполнении). Их особенность заключается в том, что устройства не требуют калибровки и каждое из них имеет собственный уникальный идентификатор. То есть, датчик передает данные температуры и свой уникальный номер. Благодаря этому на один шлейф можно установить несколько датчиков и программно обрабатывать поступающую информацию. Ограничение длины сигнальных проводов – 50 метров.

Завершая тему датчиков, приведем модуль для измерения влажности, он может быть использован в качестве сигнализатора протечки воды или для организации полива комнатных или тепличных растений.

Обозначения:

1. Цифровой выход, подключается к любому соответствующему разъему на базовой плате МК. Сигнализирует о влажности, соответствующей порогу срабатывания.
2. Аналоговый выход, информирует о текущей влажности.
3. Питание +5 В.
4. Управление порогом чувствительности.

Мы привели только три типовых датчика совместимых с платформой, на самом деле их значительно больше. Ознакомиться с разнообразием данной продукции можно на сайтах производителей.

Закончив с обзором оборудования, перейдем к проектированию системы управления и автоматизации, начать необходимо с постановки задачи.

Определение начальных условий

В первую очередь необходимо определиться с постановкой задачи, то есть, с функциональностью системы. Допустим, у нас имеется однокомнатная квартира, которую можно условно разделить на следующие зоны:

• Тамбур.
• Прихожая.
• Туалет, совмещенный с ванной комнатой.
• Кухня.
• Жилая комната.

Задача: автоматизировать управление освещением, бойлером и системой вентиляции.

Поставим задачи для каждой из зон.

Тамбур

В данном случае можно автоматически включать свет при приближении к входной двери. То есть, потребуется датчик движения. При этом необходимо учитывать уровень освещенности, соответственно, автоматика должна срабатывать только в темное время суток. Для этого понадобиться датчик GY302 или аналогичный (в обзоре мы не приводили его, но найти описание не составит проблем). Включение и выключение лампочки (через заданное в программе время) можно доверить твердотельному маломощному реле, например G3MB-202P, рассчитанному на ток нагрузки 2 А.

Прихожая

Управление освещением в данной зоне можно организовать по тому же принципу, что и в тамбуре. Можно добавить включение света при открытии входной двери. В качестве датчика подойдет типовой дверной геркон.

Туалет и ванная комната

Включение бойлера можно связать с наличием в квартире хозяев. Если никого нет, автоматика принудительно отключает нагреватель воды при помощи модуля SSR-25DA. Отслеживать температуру нагрева нет смысла, поскольку данные устройства самостоятельно отключаются при достижении заданного порога. Свет и вытяжка должны включаться автоматически при входе человека в эту зону, и отключаться через определенное время, если не обнаруживается движение.

Автоматизация кухни

Управление освещением данной зоны можно оставить ручным, но дублировать его автоматикой, отключающей свет, если движение не обнаруживается длительное время. При работе электро или газовой плиты должна включаться вытяжка и отключаться через некоторое время после приготовления пищи. Управлять работой вытяжки можно при помощи термодатчика, фиксирующего повышение температуры при включении плиты.

Жилая комната

В данном помещении управлять освещением лучше вручную, но можно реализовать возможность автоматического отключения света при достаточном уровне освещенности.

Приведенный пример довольно условный, поскольку алгоритм работы Умного дома каждый разрабатывает в зависимости от личных предпочтений.

Особенности терморегуляции

В заключение дадим несколько рекомендаций по управлению отоплением. Следует учитывать большую инерционность данной системы. Велика вероятность того, что управление посредством простого включения и отключения отопления, в соответствии с заданным температурным диапазоном, могут создать довольно дискомфортные условия. В данном случае следует использовать алгоритм PID-регуляции, в сети доступна библиотека с его реализацией для Ардуино.

Не вдаваясь в подробности можно описать работу данного алгоритма следующим образом:

• Производится анализ между необходимой и текущей температурой в помещении, и по результату устанавливается определенная мощность отопительной системы.
• Производится учет постоянных теплопотерь. Они могут зависеть от уличной температуры или других факторов. Поэтому при достижении заданной температуры, отопление не отключается полностью, а снижается до уровня необходимого для компенсации теплопотери.
• Последний фактор, влияющий на работу алгоритма, учитывает инерционность системы отопления, что не допускает выход температуры за установленный диапазон.

Обозначить кратко, что такое умный дом, можно в паре предложений. Во-первых, рассматриваемая система с использованием инновационных технологий позволяет автоматизировать работу светового, телевизионного и прочего оборудования по заданным параметрам.

Во-вторых, комплекс выполняет противопожарную и охранную функцию на протяжении всего дня. Кроме того, система может регулировать и контролировать положение раздвижных ворот, жалюзи и прочих приспособлений. Сегодня подобный комплект доступен в элитных домах, а также любому желающему, который имеет необходимые финансовые средства. Такая конструкция дает человеку получить максимум комфорта при минимальных затратах своего труда и времени на бытовые проблемы.

Что такое умный дом?

Кратко такое понятие включает в себя внедрение новейших технологий в бытовое оснащение. О подобной системе многие слышали и видели в интернете или по телевидению. Это оборудование особо актуально для владельцев загородных коттеджей, которые хотят максимально упростить и автоматизировать управление коммуникациями и элементами жилища.

Множество деталей из общего комплекса уже многие годы используется в торговых центрах и офисах. К таким элементам относятся: регулировка вентиляции и кондиционирования, видеокамеры, информационные порталы, датчики движения и многое другое. Если эти компоненты соединить в одно целое, получится охарактеризовать кратко, что такое умный дом.

Основа интеллектуального здания включает в себя интегрированный подход, позволяющий при помощи взаимодействия различных систем между собой организовать централизованный контроль с одного пульта управления.

История создания

Что такое умный дом? Кратко историю создания рассмотрим далее. С такой системой познакомились изначально жители США. Еще в 70-х годах прошлого столетия учеными Вашингтонского интеллектуального университета была реализована целая программа по использованию жилой площади при помощи самых современных технологий и имеющихся актуальных систем жизнеобеспечения.

На отечественном рынке подобное изобретение появилось только через четверть века. Особого энтузиазма новшество среди населения не нашло, учитывая высокую стоимость самой системы и сложности с ее эксплуатацией. Поскольку на то время энергоресурсы стоили копейки, дом с интеллектом не нашел широкого применения на постсоветском пространстве. Лишь в начале 2000-х началось внедрение подобной системы, поскольку активно стала развиваться компьютерная сфера, а также отрасль аудио- и телерынков.

Особенности

Состоятельным соотечественникам подобные схемы пришлись по вкусу. Символом хорошей жизни стала возможность управлениями всеми функциями в бытовом оснащении, не вставая с дивана. Такие конструкции стали статусным атрибутом успешного владельца частного дома. Потенциальных заказчиков проект во многом привлекал тем, что весь функционал реализовывался посредством нажатия нескольких кнопок на пульте дистанционного управления.

Кратко о плюсах умного дома можно сказать, что он при возможности выхода в интернет регулирует практически все процессы в отсутствие хозяев жилища. Сюда входит не только безопасность здания, но и все процессы, которые происходят в нем. Такое решение позволяет практически полностью контролировать ситуацию на удаленном расстоянии.

Развитие

Далее рассмотрим в общем, что такое система "умный дом". Краткое содержание сводится к тому, что она дает возможность переложить большую часть домашних забот на искусственный интеллект. Специалисты отмечают стабильный рост спроса на подобного рода технологии. Сейчас все задания можно запрограммировать в определенной последовательности и требуемом режиме, после чего управление осуществляется посредством нажатия одной-двух кнопок.

Многие элитные новостройки, особенно в столице, оснащаются системой "умный дом" на стадии проектирования. В городских квартирах подобная технология больше востребована в развлекательном плане (мультирум, управление освещением). А вот для загородных домов и коттеджей опция "умный дом" (что это такое - кратко изложено в предыдущих абзацах) является способом оптимизировать системы жизнеобеспечения. Современные жилые строения представляют собой сложное инженерное сооружение, в котором имеются различные интеллектуальные технологии.

В загородных домах используются разветвленные электрические сети, узлы кондиционирования, вентиляции, теплоизоляции. Кроме того, устанавливаются автоматические системы открытия жалюзи и ворот, управление температурой и объемом воды в бассейне. Такая многофункциональность - это и есть главный аргумент в пользу умного дома, позволяющего свести всю инженерную часть жилища в единый управляемый комплекс.

Умный дом: краткое описание

Загородные коттеджи обычно оборудуются специальной охранной системой, включающей в себя разнообразные датчики и контроллеры. Как правило, в такой умный дом входит блок управления климатом, освещением, поливом и пожаротушением. В принципе, возможности рассматриваемой технологии довольно широки, поэтому опционал можно подобрать индивидуально, в зависимости от требований и пожеланий владельца.

Минусы умного дома (кратко об особенностях которого мы уже упоминали) заключаются, прежде всего, в его высокой стоимости. Далеко не каждый желающий может позволить себе такую роскошь. Средняя цена стандартного комплекта на отечественном рынке составляет порядка 2,5-3 млн рублей. Тем не менее технология пользуется спросом среди богатых людей. Специалисты предполагают, что стоимость интеллектуального управления жилищем будет постепенно снижаться, как это произошло в Европе и Америке.

Как свидетельствует зарубежная статистика, невзирая на высокую стоимость рассматриваемого проекта, окупается он относительно быстро. Стоит учесть, что тесно связан умный дом с информатикой. Кратко стоит упомянуть о главном преимуществе системы. Умный дом позволяет уменьшить эксплуатационные расходы на все виды коммунальных услуг. Как показывают многолетние наблюдения, сэкономить можно до 30 % на электроэнергии, 40 % - на воде, до 50 % - на обогреве.

Стоит отметить, что более 25 % загородных домов за пределами МКАД уже полностью или частично оснащены интеллектуальным управлением. При этом цифра продолжает уверенно расти.

Глобализация

Что такое умный дом 7 класса? Кратко - это система, предполагающая интеллектуализацию не отдельных строений, а целых поселков. Коттеджи в таком поселении объединяются управлением в едином Такое решение позволяет своевременно отреагировать на различные нештатные и аварийные ситуации. Вся информация со счетчиков и прочих систем, в случае критического значения, передается на общий командный пункт.

Например, владелец коттеджа находится в отъезде, при этом случается возгорание. Информация об аварии поступает на мобильный телефон хозяина и на диспетчерский узел. Для устранения проблемы предусмотрено контролирующее устройство, позволяющее определить источник возникновения сбоя.

Кроме того, единое интеллектуальное управление домами позволит гарантировать бесперебойное оснащение коттеджей электричеством, перераспределяя нагрузку между всеми зданиями поселка в равной мере. Это значительно упрощает контроль состояния каждого строения, подключенного к общему пульту.

Что в будущем?

Большинство специалистов предполагают, что за подобными поселками видится будущее всей элитной недвижимости за городом. Умные дома, как и целые поселения, несомненно, найдут своего потребителя. Эксперты прогнозируют, что вскоре здания, не имеющие хотя бы частичного интеллектуального оснащения, будет сложнее продать.

Многие специалисты отмечают, что массовое внедрение "умных" поселков на отечественных просторах - это пока нереализованная мечта, об осуществлении которой говорить еще рано. Такие поселения можно пересчитать по пальцам. А если принять во внимание, что зарубежные аналоги предусматривают систему контроля доступа, противопожарную сигнализацию, контроль освещения, систему данных об имеющихся автомобилях, регулировку дренажной и питьевой системы, то по-настоящему "умных поселков" нет даже в элитных районах Подмосковья.

Итог

Эксперты в перспективе предсказывают непременное развитие интеллектуальных домов и поселков. Они связывают это с возможностью умного дома регулировать климат, подстраиваться под другие внешние и внутренние факторы. Такие технологии относятся к оптимальному существованию в эру техногенного развития.

- это сложная концепция, которая позволяет объединить разнообразные устройства в единое целое.

1. Системы умного дома, которые управляют зданием, то есть отопление и кондиционирование, электричество и охранно-пожарная сигнализация, вентиляция, оповещение, телекоммуникации. Эти инженерные системы отделены друг от друга и чем больше систем было установлено в доме, тем сложнее их эксплуатация.
2. Системы умного дома, которые управляют системами, расположенными на приусадебном участке - архитектурная и ландшафтная подсветка, автоматическое открывание ворот, видеонаблюдение, система полива и т.д.

Системе умного дома под силу многое. Зачастую хозяева сами высказывают пожелания, что бы они хотели получить в конечном результате: от управления освещением или видеонаблюдением до загрузки стиральной или посудомоечной машины. При этом автоматизированная интеллектуальная система заменяет целый штат обслуживающего персонала, ведь может работать круглосуточно, без больничных или отгулов. Это означает, что цветы всегда будут политы, белье выстирано, в доме будет играть любимая вами музыка, а детская будет под присмотром.

Люди начали задумываться об «Умном доме» еще в середине прошлого столетия. Уже тогда американцы хотели сделать свое жилище более комфортным. Прототипом современной системы считалась передача нескольких видов информации по одному кабелю, но такие системы быстро устаревали.

Примерно так выглядели в то время попытки автоматизировать свое жилище. В начале 70-х годов был введен термин «Smart Home», в развитие этого проекта вкладывались огромные деньги и он выглядел весьма прибыльным.

Датой рождения современного «Умного дома» можно считать 1978 год, уже тогда была воплощена в жизнь идея управления различными датчиками и системами через электропроводку дома. Но еще долгое время свет, включавшийся по хлопку, или самостоятельно открывающиеся двери шокировали гостей. Такая система была рассчитана на частоту 60 ГЦ и напряжение 110В, поэтому в России распространения не получила.

Чтобы процесс развития подобных технологий происходил быстрее, разработчики создали Альянс Электронной Промышленности, в 1992 году был выпущен первый стандарт электронной системы, позволяющий производить оборудование для «умных домов» любой компании, чья продукция будет в итоге соответствовать передовым техническим требованиям. Всего участие в разработке современной системы приняли 15 компаний. К середине 2000 года по всему миру установили более 10 миллионов автоматизированных систем «Умный дом». Постепенно дом становится более надежным и функциональным. Немногие знают, что стадионы, построенные в Лондоне к Олимпийским играм 2012 года, снабжены системой автоматизации C-Bus от компанииы Clipsal.

Что «умеет» система умного дома?

Самое простое - это контроль над освещением. При помощи систем управления можно контролировать и регулировать каждый источник света в помещении. То есть, не выходя из спальни или кабинета, можно выключить свет во всем доме или оставить едва заметную подсветку в коридоре. Даже находясь на большом расстоянии, владельцы могут с легкостью управлять системой освещения.

Умный дом может имитировать присутствие владельцев. С помощью установленной программы в доме будет включаться свет в разных помещениях, а с наступлением сумерек освещение выключается. Если наблюдать со стороны, создается полная уверенность, что в доме постоянно живут люди.

Помимо системы освещения, такой дом способен поддерживать и «климатические» параметры на уровне: влажность, температура, регулярное проветривание. Система выбирает и включает на необходимую мощность тепловые полы, радиаторы и прочие приборы, а к ночи слегка снижает температуру, чтобы владельцам было комфортно. С помощью системы климат-контроля хозяин может узнать о силе ветра, осадках, температуре. Система автоматически включает в жаркую погоду кондиционер, опускает жалюзи, закрывает окна, если начинается дождь.

Можно прописывать для систем управления домом своеобразные сценарии. В зимнее время автоматически проводить осушение крыш и очищение транспортных въездов от снега и льда. К приезду в коттедж для хозяина наполнится бассейн или прогреется сауна, обеспечивается проветривание и кондиционирование. Даже комнатные растения дом польет «правильно» - благодаря установленным датчикам система будет контролировать освещение, температуру и влажность по всем зонам сада. Также под присмотром дома можно оставить и аквариумных рыбок - корм будет подан вовремя, включится освещение и подача кислорода.

Не менее важен и мониторинг охранных систем, за этим тоже проследит Умный дом. Он сразу отправит послание на пульт охранных структур и телефон хозяина, если произошло вторжение на территорию или поступили сведения о пожарной опасности. Голосовое сообщение будет отправлено хозяину в случае задымления или протечки воды. При поступлении сигнала о возвращении хозяев система включает освещение, кондиционеры, бытовые приборы. Если в дом вернулись дети, компьютер может воспроизвести аудио или видеопослание от родителей. Дом может сам реагировать на аварийную ситуацию: перекрыть трубопроводы, отключить электроэнергию при угрозе возгорания, заблокировать от ребенка включение опасных электроприборов.

Существует несколько способов управление автоматизированной системой. Самый легкий - при помощи кнопочной панели, где каждая клавиша будет соответствовать прибору или означать последовательность действий, которые необходимо выполнить. Для наглядности такая панель может быть оснащена небольшим дисплеем, на который будет выводиться информация о состоянии системы.

Самые удобные и престижные системы управления и мониторинга - это сенсорный экран. Это своего рода пульт, который представляет собой монитор с изображением кнопок, команд и поясняющими картинками. На этот монитор передаются и изображения с видеокамер.

Очень удобно управлять домом через «всемирную паутину». В любое удобное время хозяин может узнать о состоянии дома, погоде за окном, присутствии в помещениях людей.

Преимущества «Умного дома»

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

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

Принято считать, что концепция «Умного дома» (от английского smart house) берет свое начало в середине прошлого века, но из-за высокой стоимости реализации подобные проекты не получили широкого распространения. Ситуация в корне изменилась с развитием электроники и в настоящее время такие системы хоть все еще не внедряются повсеместно, но уже и не воспринимаются как диковинка. Предлагаем рассмотреть, что представляет собой «Умный дом», его круг задач, а также возможность самостоятельной реализации такого проекта.

Что такое система «Умный дом»?

Под данным термином подразумевается программно-аппаратный комплекс, позволяющий автоматизировать и упростить управление различными системами, а также другим оборудованием дома или квартиры.

В качестве примера приведем функции, которые могут быть возложены на «Smart house» (далее SH):

Управление системой освещения, например:

• включать свет по сигналу датчика движения;
• имитация присутствия хозяев (периодически зажигается свет в разных комнатах);
• изменение различных вариантов подсветки интерьера;
• дистанционное управление светом при помощи планшета или смартфона и т.д.

Вариант функционального набора охранной системы:

• получение SMS сообщений в случае включения, отключения и срабатывания системы;
• отправка MMS сообщений с видеокамер при поступлении сигналов от датчиков движения;
• возможность просмотра видеозаписи через Интернет и т.д.

Система климат-контроля:

• поддержка температуры на заданном уровне, с возможностью его установки дистанционно (например, при помощи смартфона);
• установка режима максимальной экономии при отсутствии хозяев и т.д.

Это далеко не полный функциональный набор, он может быть расширен в зависимости от пожеланий и финансовых возможностей. Благодаря развитию беспроводных технологий масштабируемость системы не требует капитального ремонта.

Какие минусы имеет “Умный Дом”:

• Любая электроника не застрахована от сбоев или зависаний. Нужно быть готовым к тому, что в любой момент понадобится перенастройка отдельных электронных систем и компонентов вручную;
• Дороговизна. На рынке России и СНГ производители продают системы по минимальной цене от 2000 долларов до 5000, в зависимости от «начинки» и пожеланий заказчика.

Как сделать дом «Умным»?

В идеале реализация подобных решений должна вестись на этапе строительства, но такой вариант ввиду разных причин не популярен среди застройщиков. В результате остается два способа автоматизации:

1. Обратиться в профильную компанию, где на основе ТЗ заказчика будет составлен проект с его последующей реализацией. Минимальная стоимость такого решения варьируется, как уже было сказано выше, в пределах $2000-$5000, максимальная зависит от функционального набора и используемого оборудования.
2. Самостоятельно разработать и внедрить систему «Умный дом».

В первом случае заказчик получает готовое решение, под ключ. Во втором, стоимость реализации можно существенно сократить, если не на порядок, то в несколько раз, особенно если использовать для этой цели платформу Ардуино (о ней мы расскажем немного ниже). Необходимо предупредить, для реализации проекта потребуются навыки программирования, но разработчики постарались максимально упростить эту задачу.

Кратко о платформе

Основа платформы это плата с микроконтроллером (далее МК) и электронным обвесом к нему. К контролеру выпускается множество различных датчиков и плат расширения с теми или иными функциями.

Обозначение:

1. Порт для перепрошивки (стандартный USB).
2. Кнопка аппаратного сброса.
3. Сигнал опорного напряжения.
4. Контакты для цифровых сигналов.
5. Сигнал ТХ.
6. Сигнал РХ.
7. Порт для подключения внешнего программатора.
8. Контакты для аналоговых сигналов.
9. Подключение внешнего питания.
10. +5 В.
11. +3,3 В.
12. Сигнал сброса.
13. Разъем для источника питания.
14. Микроконтроллер.

Особенность платформы заключается в том, что процесс программирования МК максимально упрощен. Прошивка при помощи встроенной программы-загрузчика через имеющийся на плате порт USB. На случай случайного «затирания» этой программы предусмотрена возможность перепрошивки стандартными программаторами.

Для программирования используется бесплатная оболочка (Arduino IDE), совместимая с наиболее распространенными операционными системами (Windows, Linux, Mac OS). В эту оболочку входит текстовый редактор для написания программ, компилятор и библиотеки. В качестве базового языка программирования используется упрощенный вариант С++. Более полную информацию о программировании МК можно получить на сайте разработчика и тематических форумах. В этих же источниках можно узнать все о визуализации управления системой.

Оболочка для программирования Ардуино

Ориентировочная стоимость оригинального базового модуля $30 – $50 (в зависимости от модификации), китайских аналогов – $10-$16.

Примеры плат расширения и датчиков

Приведем краткое описание шилдов, которые могут понадобиться при разработке собственного проекта SH.

Модуль для подключения к локальной сети или интернет по стандартному протоколу TCP/IP. В качестве основного элемента используется контроллер ENC28J60. Данное устройство позволяет организовать визуализированное управление системой с веб-сайта.

Подключение сетевого модуля к Ардуино

Модуль GPRS/GSM SIM900 позволяет осуществлять управление системой при помощи обмена данными через сеть любого мобильного оператора. Для подключения к сети используется стандартная SIM карта. Имеется возможность отправки SMS и ММС сообщений, в библиотеке модуля реализована поддержка других функций.

Реле электромеханического действия на 10 А 250 В, может использоваться для управления освещением или другой соответствующей нагрузкой. При подключении питания включается светодиод красного цвета, если реле срабатывает, то дополнительно загорается зеленый индикатор. Сигнал можно подавать от любого цифрового выхода МК.

К сожалению, при максимальной нагрузке или близкой к ней у электромеханических реле, через несколько недель работы могут начать залипать контакты, поэтому для управления работой электрокотлов системы отопления они не подходят. Но не стоит расстраиваться, для платформы Ардуино можно найти модули на все случаи жизни, в данной ситуации решить проблему можно при помощи твердотельного реле, например SSR-25DA.

Обозначения:

1. GND на базовой плате.
2. К цифровому выходу, например, D
3. Питание от сети 220 В.
4. Подключение нагрузки.

Обратим внимание, что данный модуль реализован на симисторе, а для его стабильной работы требуется отвод тепла, поэтому рекомендуем вместе с модулем приобрести и штатный радиатор.

Датчики

Теперь рассмотрим несколько типов датчиков, которые также могут быть полезны для проекта, начнем с ИК устройства HC-SR501, фиксирующего движения.

Обозначения:

1. Питание от источника в диапазоне 5-12 В (можно подключить к +5 В на плате контроллера).
2. Сигнал, исходящий от датчика (подключается к любому цифровому входу МК)
3. GND соединяется с соответствующим контактом базовой платы.
4. Время задержки (удержание логической единицы на выходе) – от 5 до 300 сек.
5. Чувствительность датчика (можно установить от 3 до 7 метров).
6. Переключатель в режим «Н» (при серии срабатываний устанавливается логическая единица).
7. Установка режима «L» (при активации посылается одиночный импульс).

Не менее полезным будет цифровой температурный датчик DS18B20 (изготавливается в герметичном и обычном исполнении). Их особенность заключается в том, что устройства не требуют калибровки и каждое из них имеет собственный уникальный идентификатор. То есть, датчик передает данные температуры и свой уникальный номер. Благодаря этому на один шлейф можно установить несколько датчиков и программно обрабатывать поступающую информацию. Ограничение длины сигнальных проводов – 50 метров.

Завершая тему датчиков, приведем модуль для измерения влажности, он может быть использован в качестве сигнализатора протечки воды или для организации полива комнатных или тепличных растений.

Обозначения:

1. Цифровой выход, подключается к любому соответствующему разъему на базовой плате МК. Сигнализирует о влажности, соответствующей порогу срабатывания.
2. Аналоговый выход, информирует о текущей влажности.
3. Питание +5 В.
4. Управление порогом чувствительности.

Мы привели только три типовых датчика совместимых с платформой, на самом деле их значительно больше. Ознакомиться с разнообразием данной продукции можно на сайтах производителей.

Закончив с обзором оборудования, перейдем к проектированию системы управления и автоматизации, начать необходимо с постановки задачи.

Определение начальных условий

В первую очередь необходимо определиться с постановкой задачи, то есть, с функциональностью системы. Допустим, у нас имеется однокомнатная квартира, которую можно условно разделить на следующие зоны:

• Тамбур.
• Прихожая.
• Туалет, совмещенный с ванной комнатой.
• Кухня.
• Жилая комната.

Задача: автоматизировать управление освещением, бойлером и системой вентиляции.

Поставим задачи для каждой из зон.

Тамбур

В данном случае можно автоматически включать свет при приближении к входной двери. То есть, потребуется датчик движения. При этом необходимо учитывать уровень освещенности, соответственно, автоматика должна срабатывать только в темное время суток. Для этого понадобиться датчик GY302 или аналогичный (в обзоре мы не приводили его, но найти описание не составит проблем). Включение и выключение лампочки (через заданное в программе время) можно доверить твердотельному маломощному реле, например G3MB-202P, рассчитанному на ток нагрузки 2 А.

Прихожая

Управление освещением в данной зоне можно организовать по тому же принципу, что и в тамбуре. Можно добавить включение света при открытии входной двери. В качестве датчика подойдет типовой дверной геркон.

Туалет и ванная комната

Включение бойлера можно связать с наличием в квартире хозяев. Если никого нет, автоматика принудительно отключает нагреватель воды при помощи модуля SSR-25DA. Отслеживать температуру нагрева нет смысла, поскольку данные устройства самостоятельно отключаются при достижении заданного порога. Свет и вытяжка должны включаться автоматически при входе человека в эту зону, и отключаться через определенное время, если не обнаруживается движение.

Автоматизация кухни

Управление освещением данной зоны можно оставить ручным, но дублировать его автоматикой, отключающей свет, если движение не обнаруживается длительное время. При работе электро или газовой плиты должна включаться вытяжка и отключаться через некоторое время после приготовления пищи. Управлять работой вытяжки можно при помощи термодатчика, фиксирующего повышение температуры при включении плиты.

Жилая комната

В данном помещении управлять освещением лучше вручную, но можно реализовать возможность автоматического отключения света при достаточном уровне освещенности.

Приведенный пример довольно условный, поскольку алгоритм работы Умного дома каждый разрабатывает в зависимости от личных предпочтений.

Особенности терморегуляции

В заключение дадим несколько рекомендаций по управлению отоплением. Следует учитывать большую инерционность данной системы. Велика вероятность того, что управление посредством простого включения и отключения отопления, в соответствии с заданным температурным диапазоном, могут создать довольно дискомфортные условия. В данном случае следует использовать алгоритм PID-регуляции, в сети доступна библиотека с его реализацией для Ардуино.

Не вдаваясь в подробности можно описать работу данного алгоритма следующим образом:

• Производится анализ между необходимой и текущей температурой в помещении, и по результату устанавливается определенная мощность отопительной системы.
• Производится учет постоянных теплопотерь. Они могут зависеть от уличной температуры или других факторов. Поэтому при достижении заданной температуры, отопление не отключается полностью, а снижается до уровня необходимого для компенсации теплопотери.
• Последний фактор, влияющий на работу алгоритма, учитывает инерционность системы отопления, что не допускает выход температуры за установленный диапазон.