Умный дом. Введение

Предварительный просмотр:

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:

собрать необходимую информацию, посвященную комплексной системе управления "Умный дом";
создать свой аналог элементов управления системы в среде Arduino.

Объект исследования: беспроводная связь (среда Arduino) на основе программного кода .

Предмет исследования:

процесс управления двигателем;
процесс управления климатом и отоплением и другими устройствами, которые можно подключить к общей системе.

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:

Специальный контроллер или компьютер (управляет всей системой)
Множество датчиков (передают информацию контроллеру)
Исполнительные устройства (по команде контроллера управляют различными объектами, например гаражными воротами)
Источники питания (обеспечивают бесперебойное электроснабжение для всех элементов системы)
Линии связи (соединяют между собой все вышеперечисленные устройства)

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:

setup() : функция вызывается однократно при старте микроконтроллера.
loop() : функция вызывается после setup () в бесконечном цикле все время работы микроконтроллера.

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.

Глава 1. Техническая часть. Настройка голосового интерфейса в автоматизированной системе «умный дом»

1.1 Аналитический обзор

1.1.1 Автоматизированная система «Умный дом»

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.

Практическая работа № 1

Тема: «Система «Умный дом»»

Цель работы: научиться объяснять и применять концепции, теории и перспективы развития системы «умный дом»; анализировать возможности и перспективы развития средств обеспечения контроля и управления системой «умный дом»; грамотно использовать полученные знания для проектирования систем «умный дом»

Ход работы:

Задание №1 Ознакомиться с основными понятиями системы "умный дом", заполнить таблицу.

В современных интеллектуальных зданиях системы автоматизации и управления зданиями занимают ключевое место, обеспечивая взаимосвязь всего инженерного оборудования и систем здания. Под «Умным домом» следует понимать жильё, автоматизированное для удобства и комфорта людей при помощи высокотехнологичных устройств. Такая система умеет распознавать конкретные ситуации, происходящие в помещении, и автоматически на них реагировать, причём все элементы управления связаны друг с другом и работают в едином комплексе.

По данным агентства MiDart, в "интеллектуальных зданиях" эксплуатационные расходы уменьшаются на 30%, платежи за электроэнергию также на 30%, за воду - на 41%, за тепло - на 50%, а снижение страховых рисков достигает 60%. Очевидно, что это возможность добиться не только высочайшей степени комфорта и безопасности человека, живущего в «Умном доме», но и экономии природных ресурсов и затрат.

К преимуществам «Умного дома» в первую очередь относятся: 1. Комфорт – это значит, что такая технология направлена на то, чтобы освободить жильцов дома от ежедневного «общения» с различными системами инженерных коммуникаций. В основном она сама управляет различными приборами, учитывая особенности каждого из них. Если необходимо вмешательство человека, то компьютерная программа сообщит об этом. И то, в большинстве случаев такое вмешательство ограничивается нажатием нескольких кнопок на специальном пульте управления.

2. Безопасность. Современное жильё сегодня практически всегда оборудуется системами пожарной безопасности, охранной сигнализации, технической сигнализации и видеонаблюдением. И эти все системы интегрируются в технологию управления «Умный дом»;

3. Экономия - «Умный дом» позволяет снижать затраты на электрическую и тепловую энергию, путём регулирования освещения и климата в неиспользуемых в конкретный момент помещениях. Особое место занимает система безопасности зданий класса «Умный Дом». Интегрированная система безопасности значительно снизит, а порой и исключит возможность появления опасных ситуаций на любом объекте: в квартире, коттедже, офисе, бизнес-центре, торгово-развлекательном центре, магазине, складе, гостинице, музее, театре, промышленном предприятии и других объектах любой степени сложности.

Пожары, неисправности в системах подачи воды и несовершенные системы охраны становятся причиной серьёзных материальных потерь. Вместе с тем, экономический рост последних лет, ведет от избытка электроэнергии в прошлом к ее дефициту в будущем, что, в свою очередь, создает предпосылки более широкого внедрения энергосберегающих технологий и алгоритмов управления, которые, в первую очередь, обеспечиваются системами автоматизации зданий. Использование данной системы в Европе, США, и многих азиатских странах уже достаточно давно являются стандартом для оснащения новых зданий, типовые возможности подобных систем закладываются практически в каждый проект. Популярность же «Умного дома» в России пока невелика.

Основными причинами являются: неправильное восприятие самого понятия «Умный дом», а также негативное отношение к этой теме, вызванное некачественной работой некоторых компаний-инсталляторов на этапе формирования российского рынка систем домашней автоматизации;

отсутствие опыта у компаний-инсталляторов, способствовало тому, что представители компаний часто давали заведомо невыполнимые обещания, и в результате воплощенные системы сильно отличались от ожиданий заказчика.

восприятие понятия «Умный дом» очень узко – как набор датчиков присутствия или движения, с помощью которых свет будет загораться и гаснуть автоматически или по хлопку;

низкое качество поставляемой электрической энергии.

Таблица 1 – Основные понятия системы «Умный дом»

Вывод:

Задание №2 Используя данные, представленные в задании, опишите проект своего «Умного дома» в котором предусмотрите элементы системы «Умный дом» для помещений вашей квартиры(дома). Проект необходимо представить в виде схемы (рисунок 1).

Одним из самых популярных способов реализации концепции интеллектуального здания является технология KNX (развернуть). Суть её работы заключается в том, что подключённые к сети абоненты (устройства) могут обмениваться информацией через общую информационную шину. На данный момент KNX – это открытый мировой стандарт, который поддерживают более 300 производителей по всему миру. Эта технология представляет собой логическое развитие требований к инженерным системам зданий.

Для того чтобы превратить обычный дом в интеллектуальный, в соответствии с технологией KNX потребуются следующие элементы: - Сенсоры (датчики и элементы управления) – настенные панели и выключатели, датчики физических величин (температуры, влажности и др.), терморегуляторы, датчики движения и присутствия, таймеры . Они отвечают за регистрацию тех или иных внешних событий, наступление которых должно вызвать определённую ответную реакцию системы. Например, датчик фиксирует повышение температуры и посылает по сети управляющую команду на включение кондиционера; -

Исполнительные устройства (активаторы) – регуляторы освещения (диммеры), релейные модули, элементы управления жалюзи, радиаторы отопления и др. Они меняют своё состояние (включено/выключено, открыто/закрыто) в соответствии с командами, поступающими от сенсоров, управляя тем самым различным электрооборудованием; - Системные устройства – блоки питания, контроллеры, интерфейсные и логические модули, шинные соединения и др. Они устанавливаются в отдельном электрическом шкафу и обеспечивают возможность построения и работоспособность сети KNX в целом.

Комфортный микроклимат в помещении – это сбалансированное соотношение температуры и влажности воздуха. Технические средства, с помощью которых можно этого достичь, сегодня широко доступны, а задача «Умного дома» – синхронизировать их работу и в каждом конкретном случае выбирать оптимальный сценарий включения/выключения устройств.

Панель управления системой «Умный дом» с лёгкостью решает задачу создания различных световых сцен, так как в одном элегантном модульном элементе сочетает несколько программируемых выключателей и необходимых датчиков (автоматическое регулирование освещения).

Проектирование «Умного дома» один из наиболее важных этапов. Как правило, стоимость разработки проекта не превышает 10% от стоимости самого оборудования

- системы безопасности. Именно они определяют высокую степень защиты здоровья, жизни и имущества владельцев «Умного дома». Здесь подразумевается обустройство многочисленных датчиков и видеонаблюдения, которые станут следить за территорией всего жилого комплекса и целостностью инженерных коммуникаций.

- бытовые комплексы. К примеру, внутренний («Теплый пол») и внешний (антиобледенение) обогрев, электроснабжение и защита от молний. Системы обеспечивающие комфортный микроклимат в доме, бесперебойное электропитание и целостность оборудования.

УД предназначен для максимально комфортной жизни людей посредством использования современных высокотехнологических средств. К основным подсистемам умного дома относятся: климат-контроль, освещение, мультимедиа (аудио и видео), охранные системы, селекторная связь, и другие (рисунок 1).

Рисунок 1 – Структура умного дома

Контрольные вопросы:

1. Основные компоненты Умного дома.

2. Назовите принципиальное отличие Умного дома?

3. Является ли технология «Умный дом» экономичной? Ответ аргументируйте.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ПРОЕКТ НА ТЕМУ: « УМНЫЙ ДОМ»

Введение

«Умный дом» - что это?

Возможности умного дома

Управление климатом
Управление освещением
Защита от протечек воды
Управление розетками
Видеонаблюдение для дома
Умные датчики
Пожарная сигнализация в доме
Охрана дома
Мультирум Белгород
Автоматизация приводов
Вспомогательные функции

Стоимость услуг

Заключение

Используемая литература

Введение

Я выбрал данную тему «Умный дом», потому что из всех предложенных она наиболее близка к моей специальности АСУ.

Ещё Н. Винер в 1940 году сказал «Не за горами день, когда окружающие нас вещи научатся думать и станут много более полезны обществу», и вот этот день настал.

Современный человек предъявляет очень высокие требования к комфортности среды обитания:

1. Эстетические (дизайн и стиль интерьера, ландшафта, красота и функциональность окружающих предметов);

2. Климатические (тепло, холод, чистый воздух);

3. Общебытовые (вода, газ, электричество, радио, телевидение, интернет, телефонная связь, наличие кухонных машин и систем гигиены саун и ванн);

4. Требования к безопасности и контролю за ней (безопасность жилища, хозяев дома и их близких);

5. Требования к надежности сложных систем (компьютеры, домашние кинотеатры, посудомоечные, стиральные машины, СВЧ-печи и др.)

В результате инженерное оснащение квартир и коттеджей неуклонно усложняется, и растет количество устройств, участвующих в формировании этой среды. Возлагать на хозяина жилья управление всеми системами становится неудобно, невыгодно и небезопасно. Комплексная система управления жилищем «умный дом» берет на себя всю рутинную работу по решению этой запутанной задачи, оставляя человеку только принятие главных, «базовых» решений.

Целью проекта является изучение системы «Умный дом».

Для решения поставленной цели можно выделить задачи :

рассмотреть понятие системы «Умный дом» и принцип её действия;

рассмотреть возможности системы Умный дом.

рассмотреть стоимость данных услуг.

«Умный дом» - что это?

Современный мир невозможно представить без автоматизации. Наше жилище не исключение. В повседневной жизни в квартире или загородном доме мы производим сотни и тысячи действий, которые могли бы выполняться без нашего участия. Всё – от включения света до поддержания климата в квартире можно автоматизировать. Это стало возможной благодаря системе Умный дом.

Умный дом- жилой дом или квартира, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Умный дом - это система, позволяющая обеспечить ресурсосбережение, удобство и безопасность. Такая система способна распознавать различные ситуации и должным образом реагировать на них.

Коротко на вопрос, что такое умный дом, можно ответить следующим образом – это строение, в котором все происходящие процессы максимально автоматизированы и подогнаны под потребности человека. В понятие умный дом обычно вкладывают автоматизацию рутинных мероприятий.

Возможности системы «умный дом» поистине многогранны. Например, чтобы предотвратить вероятность ограбления, когда в доме никого нет, система имитирует присутствие хозяина путём раздвигания жалюзи, включения/выключения света и т.д. Если же злоумышленники все же проникают внутрь помещения или происходит другая экстраординарная ситуация, система молниеносно оповещает об этом хозяина. К вашему пробуждению система нагреет полы в ванной комнате, включит музыкальный центр, настроит работу кондиционера на заданную температуру, отрегулирует оптимальную влажность в помещении и решит множество других бытовых задач. Все множество выключателей может заменить один пульт или настенный выключатель с экраном.

Основа системы умный дом - это алгоритмы. Они должны быть грамотно составлены, чтобы не было конфликта между различными видами систем. Например, система отопления подняла температуру в помещениях до того уровня, когда срабатывает система кондиционирования. Такого быть не должно. Более того, умный дом должен учитывать множество других условий: температура за окном, ветер, время суток. Неоспоримым преимуществом является возможность контролировать и управлять различными системами в доме удалённо.

Возможности умного дома

Управление климатом

Одна из основных и самых важных возможностей системы. Её важность обусловлена не только рамками комфорта жильцов, но и возможностью экономией ресурсов.

Вы можете выставить температуру, влажность воздуха, управлять тёплым полом и другое. Умный дом будет поддерживать выбранные значения, используя систему кондиционирования, отопления, вентиляции, увлажнения.

Кроме того, можно задать различные программы микроклимата, которые будут изменяться в зависимости от заданного условия. Например, указав ваши часы работы, когда вы отсутствуете дома, система не будет попусту расходовать электроэнергию и ресурсы во время вашего отсутствия, а к моменту вашего возвращения микроклимат в доме будет таким, каким вы его задали. Система автоматически заранее включит все необходимые приборы (отопление, тёплый пол, кондиционирование, увлажнитель воздуха), чтобы получить нужную температуру в помещении к вашему приходу.

Поэтому вы можете сэкономить средства, затраченные на энергоносители.

Управление освещением

Вы сможете удалённо выключать и включать освещение в любом помещении и регулировать уровень яркости.

Кроме ручного управления, есть возможность организовать автоматическую систему освещения с использованием различных датчиков. Датчики движения и присутствия позволяют определить нахождение человека в помещении и включить или выключить освещение.

Можно создать различные сценарии для освещения, так одним кликом вы сможете создать романтическую обстановку, выключив основное освещение и убавив подсветку до минимума.

Защита от протечек воды

Позволяет контролировать все водопроводные соединения и в случае протечки автоматически перекроет вентиль.

Защита от протечки состоит из нескольких элементов:

Датчик протечки;

Запорное устройство с электроприводом;

Контроллер.

Датчики устанавливаются в местах возможного образования скопления воды от протечки. При появлении влаги, контакты на датчиках замыкаются, и сигнал отправляется на сервер Умного дома. Система обрабатывает сигнал и посылается команда на контроллер электропривода вентиля, чтобы тот перекрыл водоснабжение.

Система Умный дом уведомляет жильцов о проблеме через все возможные средства связи: e-mail, SMS-сообщения, всплывающие уведомления в интерфейсе Умного дома.

Как только будут предприняты меры по устранению протечки, пользователь сможет открыть вентиль водопровода через интерфейс Умного дома.

Управление розетками

Позволяет держать под контролем все электроприборы, подключённые к «умным розеткам». «Умная розетка» оборудована wi-fi-контроллером, реле и фильтром.

Можно вести учёт потребления электроэнергии круглые сутки и видеть, сколько потребляет тот или иной электроприбор. Можно указать тарифы ЖКХ на электроэнергию и вывести потреблённое количество в денежном эквиваленте. Всё это в будущем может помочь вам сэкономить.

Больше не стоит волноваться по поводу оставленного включённым утюга или обогревателя, достаточно зайти в личный кабинет вашего Умного дома и отключить нужную вам розетку.

Видеонаблюдение для дома

Позволяет организовать полный контроль как снаружи, так и внутри.

Система представляет собой несколько видеокамер, видеосервер и видеопроцессор.

Камеры оборудованы поворотным механизмом, позволяющим установить угол обзора таким образом, чтобы охватить как можно больше территории. Инфракрасная подсветка позволит осуществлять качественную видеосъёмку при любом освещении.

Видеосервер с большим запасом места для хранения видеоархива позволит сохранить внушительные объёмы информации за неделю, и вы всегда сможете получить доступ на просмотр видеоматериалов. А интерфейс Умного дома предоставляет доступ для просмотра с камер видеонаблюдения в режиме онлайн.

Удалённое управление Умным домом

Есть несколько вариантов доступа к интерфейсу управления.

Во-первых, вы сможете управлять системой через стационарные сенсорные экраны, установленные в удобном для вас месте.

Во-вторых, доступ через веб-интерфейс. Находясь хоть в противоположной точке земного шара, вы всегда сможете выключить забытый утюг из сети или свет в ванной комнате.

В-третьих, это доступ через мобильное приложение. Ваш смартфон теперь не только инструмент для выполнения звонков и убивания времени, но и полноценное средство управления вашим Умным домом.

Умные датчики

Обнаружат ваше присутствие и движение и включат приглушённую подсветку, где бы вы ни были. Система продумана до мелочей: если уровень освещения в силу времени суток достаточен для комфортного пребывания в помещении, то освещение не будет включено. Другими словами, освещение будет использовано только тогда, когда оно уместно.

Система Умный дом очень гибкая и оставляет место для фантазии заказчика. Например, возможно организовать включение и выключение света по хлопку, что может помочь престарелым людям. Также есть возможность осуществить регулировку освещения в зависимости от датчиков освещённости. Чем темнее становится на улице, тем ярче становится освещение в помещении.

Пожарная сигнализация в доме

Система состоит из пожарных извещателей разных типов (температурные, задымления), сирены и блока управления. При возникновении опасности, система известит всех жильцов по всем возможным каналам связи: сирена, SMS-сообщения, e-mail, всплывающие уведомления в интерфейсе управления Умным домом.

Также можно установить датчики утечки газа и сервоприводы на клапаны газовой магистрали. Они должны располагаться вблизи с возможным источником утечки: газовая магистраль, газовый водонагреватель (котёл или колонка), газовая плита и др. При срабатывании датчика утечки газа происходит перекрытие клапанов и оповещение жильцов по аналогии с противопожарной системой.

Охрана дома

Все датчики, которые были использованы для удобства и экономии можно переключить на безопасность вашего имущества. Датчики движения, присутствия, камеры видеонаблюдения, магнитные датчики, система оповещения - всё это позволит создать полноценную охранную систему.

Покидая дом, поставьте его на охрану и вы будете уведомлены о срабатывании определённого сценария - открытие дверей, разбитие стекла, проникновение в помещение.

При длительном Вашем отсутствии система по заданному вами графику будет включать свет, музыку, раздвигать шторы, создавая иллюзию вашего присутствия.

Функция – имитация присутствия животных отпугнет случайного воришку, при нажатии на кнопку звонка в квартире раздастся грозный лай собаки.

Если Вы опасаетесь вторжения непрошенных гостей, то тревожная кнопка позволит сообщить без видимых внешних проявлений Вашим доверенным лицам, которые могут что-то предпринять, о «нестандартной» ситуации в Вашем доме. В данном случае размещение тревожных кнопок в доме надо заранее продумать и разместить из вблизи двери на полу, в санузле или на самой двери, чтобы иметь возможность незаметно ее нажать.

Мультирум

Мультирум - это подсистема Умного дома, позволяющая организовать аудио- и видеосигналы в пределах помещения. Система Умный дом позволит управлять треками и видеозаписями со смартфона или планшета.

Сохраните ваши любимые треки и фильмы на сервере Умного дома и получите полный доступ из любой части вашего дома.

Автоматизация приводов

Автоматизируются приводы жалюзи, рольставень, ворот и много другого.

Вы можете создать сценарий освещения таким образом, что при определённых часах жалюзи будут автоматически сложены, создав нужный вам уровень освещённости помещения.

А подъезжая к воротам гаража, вы можете активировать их открытие одним касанием экрана вашего смартфона.

Вспомогательные функции

Можно автоматизировать работу системы так, чтобы

ограничить доступ детей к небезопасным элементам,

установить режим полива газонов или очистки бассейна,

включить круглосуточное внутренне и внешнее видеонаблюдение,

настроить работу техники на необходимые режимы

Стоимость услуг

Цены взяты с одного из Белгородских сайтов.

Заключение

В данной работе были решены все задачи, которые ставились:

рассмотрено понятие системы «Умный дом» и принцип действия системы;

рассмотрены возможности системы Умный дом;

рассмотрена стоимость данных услуг.

Мне очень интересна данная тема и в дальнейшем, при изучении спецдисциплин, я хочу рассмотреть технологии реализации данной системы.

Используемая литература

http://umny-dom31.ru/shop

http://kakpravilnosdelat.ru/umnyj-dom-svoimi-rukami/

http://www.ab-log.ru/page.php

http://www.domechti.ru/sistema-umnyj-dom/21153

http://умныйдом31.рф/index.php?route=common/home

http://knowledge.allbest.ru/radio/3c0a65635a3ad78b5d53b89521216d26_0.html

http://www.ydom.ru/

http://www.insyte.ru/ru/smarthome/

http://hosm.ru/forum/topic105.html

http://www.shouse.by/main/section.do?mainId=7&selId=144

http://ltdholding.kz/smart-home.html

http://hosm.ru/info/aircontrol.html

www.elite-systems.ru (связь и АТС)
http://www.re-e.ru/glav/system/water/sneg/
http://www.benuks.ru/oborud.html#1
http://www.elin.ru/iB-Net/?topic=organization

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