Как работает и из чего состоит система Умный дом — обзор видов и отзывы. Универсальный выключатель: управление светом, климатом и другими функциями умного дома

Все мы наслышаны о системах "Умный дом". Освещение и отопление, жалюзи и бытовые электроприборы для постороннего наблюдателя начинают жить своей жизнью - самостоятельно поддерживают нужную температуру, включают и выключают свет в зависимости от времени суток, готовят кофе на завтрак и разогревают пиццу на ужин... Но ведь главная идея "умного дома" состоит не в автоматизации всех этих процессов как таковых, а в организации удобной среды обитания для конкретного потребителя и только он и должен дирижировать всей этой системой. Рассмотрим устройства, которые и предназначены для управления системами "умного дома".

Само понятие "умный дом" было сформулировано еще в семидесятых годах двадцатого века как "здание, обеспечивающее эффективное и продуктивное использование рабочего (жилого) пространства..." И если во главу угла ставить удобство и эффективность, то рассматривать системы управления можно более широко - не ограничиваясь только комбинированными программно-аппаратными решениями.

Ручное управление

В первую очередь, это специализированные пульты дистанционного управления - наподобие привычных всем пультов управления бытовой аппаратурой. Только в отличие от последних, они чаще управляют исполнительными устройствами не посредством инфракрасного излучения, а по радиочастоте (чтобы не ходить по комнатам, а управлять домом или квартирой из любой точки). Пульт также может быть выполнен в виде обычного настенного выключателя, что позволяет закрепить его в любом удобном месте (хоть двусторонним скотчем на изголовье кровати в спальне) без прокладки кабеля.

В простейшем случае это пульт с парой кнопок (включить-выключить) и адаптер для розетки . Адаптер вставляется в розетку, а уже в адаптер включается, например, торшер. В этом случае появляется возможность включать и выключать торшер дистанционно. Адаптер может быть как просто на включение-отключение, так и со встроенным диммером - в этом случае появляется возможность управлять еще и яркостью света.
Кроме радиоадаптеров, могут быть использованы и радиовыключатели . Они предназначены для управления главным (потолочным) освещением, моторизированными жалюзи, гаражными воротами и т.д.

Может показаться, что такая упрощенная система (лампочка-пульт) не имеет отношения к системам "умный дом", но это не совсем так. Использование программируемых пультов со встроенными контроллерами позволяет не просто управлять включением различных приборов или яркостью, но и выполнять сценарии или применять схемы освещения (см. "Использование сценариев или схем освещения"). Особо "продвинутые" пульты кроме программируемого контроллера могут содержать таймер и ЖК-дисплей, что выводит нас к следующей ступени, а описаны они в разделе ручного управления только в том смысле, что всё управление буквально находится в руках пользователя.

Использование сценариев или схем освещения

Возможность использовать сценарии - это то, что в первую очередь отличает систему "умного дома" от простого набора пультов дистанционного управления отдельными лампами, кондиционерами, моторизированными приводами и т.п.

Например: мы решили посмотреть фильм .

Для этого нам необходимо выключить в комнате

• основной свет,
• задернуть шторы,
• опустить экран
• и включить проектор.

Если по окончании фильма мы хотим поговорить с друзьями, то нужно будет выключить

• проектор,
• открыть шторы,
• поднять экран,
• включить основное освещение,

а если просто послушать музыку, то, возможно, выключить основной свет и включить торшер, да еще и не на полную яркость.

Как можно видеть, в первом случае нам необходимо нажать 4 кнопки, во втором - снова 4 , в третьем - 2 .

Можно запрограммировать эти события в виде сценариев и использовать в первом случае режим "кино", во втором - "основной", в третьем - "только музыка", а все необходимые действия будут выполнены автоматически. Дополнительно алгоритмы могут быть усложнены внешними датчиками - например, оставить в покое шторы, если фильм захотелось посмотреть ночью и окна зашторивать необязательно, как необязательно включать приглушенный свет при прослушивании музыки, если на улице светло.

Автоматизация

Первый шаг к автоматизации - использование таймеров . Они позволяют включать и выключать электроприборы по расписанию.
Могут быть как механическими (наиболее бюджетный вариант), так и электронными. Механические обычно позволяют составлять суточные расписания, электронные - суточные или недельные. Первые не так точны и имеют меньше возможностей, но неприхотливы и могут работать в более жестких условиях. Вторые - много точнее и удобнее, но, обычно, дороже и батареи их не могут работать в условиях сильных морозов, что может привести к сбросу программы.

Датчики движения. Позволяют включать электроприборы, если в поле зрения датчика (от 90 до 360 градусов) будет зафиксировано какое-либо движение.

Чаще всего они используются в системах безопасности, включая запись с камер видеонаблюдения. Но и в бытовом применении они могут оказаться полезными - для освещения коридоров или служебных помещений только тогда, когда это действительно необходимо. Для повышения их эффективности, датчики движения обычно совмещены с таймерами (включение электроприборов на заранее определенное время) и датчиками освещенности (например, чтобы не включать освещение, если движение зафиксировано днем).

Комплексные решения

И все же главной особенностью решений интеллектуального дома является объединение всех систем жизнеобеспечения в единую систему . В общем случае, система управления объединяет такие подсистемы как:

• систему освещения;
• систему отопления, кондиционирования и вентиляции;
• пожарно-охранную сигнализацию;
• централизованное управление всей аудио- видеотехникой;
• систему видеонаблюдения;
• механизацию (моторизованные жалюзи, шторы, гаражные ворота);
• удаленного слежения за системами, включая IP-мониторинг и т.п.

При такой глобальной интеграции, управление отдельными исполнительными устройствами определенных подсистем в общем виде представляется довольно затруднительным. Ведь насколько было бы проще, например, перед отъездом из дома использовать функцию "закрыть все жалюзи", вместо того, чтобы обходить все комнаты и закрывать каждое окно индивидуально. Иными словами - без центрального контроллера здесь, конечно, не обойтись.

Устройство управления "умным домом" в таких условиях чаще всего представляет собой панель управления , обычно встраиваемая в стену. Внешний вид и функциональная насыщенность такой панели зависят от количества управляемых подсистем и желаемого удобства. Это может быть простой набор кнопок управления основными функциями и контрольных ламп (светодиодов), отображающих текущее состояние.
Улучшенные модели могут содержать алфавитно-цифровые индикаторы, для удобного считывания информации и задания необходимых режимов. Более сложные модели имеют ЖК мониторы, черно-белые или цветные, возможно - с сенсорными экранами.

Другой вариант устройств управления - внешние модули , выполненные в виде КПК (карманные компьютеры) или планшетных компьютеров (с сенсорным экраном), а также использование стандартных КПК и "планшетников". С центральным контроллером такие устройства связываются либо инфракрасной связью, либо по радиочастоте. Отличие от предыдущего варианта не только в мобильности и дополнительном удобстве. Такой вариант предусматривает использовать в качестве устройства управления любой персональный компьютер или ноутбук, подключаемый к контроллеру как локально (витая пара, Wi-Fi), так и удаленно (модемом - либо напрямую, либо через интернет).

В последнем случае как раз и получают возможность IP-мониторинга и управления из любой точки мира. Проще говоря, вы можете проверить выключен ли в доме утюг и, если нет, выключить его, находясь в другом городе или стране.

Вы слышали? Говорят, искусственный интеллект уже создан! И занимается это чудо света… Нет, не предсказанием землетрясений. И даже не прогнозированием погоды. Первый в мире AI по имени Джарвис (как у Железного Человека) «работает» домоуправителем у некоего Марка Цукерберга. И хотя мне кажется, что настоящему AI можно было бы подыскать более достойное занятие, чем уход за Цукербергом, сделать свой дом «умным» сегодня может не только создатель Facebook. Я протестировал несколько устройств для «умного дома» компании Rubetek, и должен сказать, что для меня, как и для Марка Цукерберга, будущее уже наступило.

Что умеет «умный дом» Rubetek

«Умный дом» - это система, избавляющая человека от ежедневных рутинных действий и осведомляющая обо всех событиях, происходящих у него дома. Если в ваше отсутствие в дом заходят непрошеные гости, открываются окна, шкафы и двери, происходит задымление, протечка воды или утечка газа, по каждому случаю вы тут же получаете уведомление и бежите срочно устранять проблему. А при помощи голосовых команд вы можете включать и выключать «умные» реле и розетки, ставить дом на охрану, узнавать уровень температуры, влажности и освещенности в помещении и т. п. Даже если вам не нужен столь продвинутый мониторинг постоянно, согласитесь, хотя бы на время отпуска не помешает быть уверенным, что вы никого не затопили и что к вам в квартиру не забрались воры.

Компания Rubetek выпускает множество устройств для «умного дома», которые можно собрать из отдельных устройств, а можно купить в уже готовых наборах.

Установка и настройка

«Центр управления» (для краткости будем называть его ЦУ) - это похожее на Wi-Fi роутер устройство, общаться с которым можно с телефона или планшета (Android или iOS), после того как вы установите его приложение. Для компьютера подобного приложения или веб-интерфейса, к сожалению, не предусмотрено, но зато доступ к управлению ЦУ можно дать и другим членам семьи, установив на их смартфоны это же приложение.

Далее следует этап интеграции ЦУ в домашней локальной сети - это можно сделать по Wi-Fi (поддерживается 802.11b/g/n, но только 2.4 ГГц), или же подключить ЦУ к роутеру напрямую, кабелем. Если же локальной сети нет (например, вы хотите обезопасить отдельно стоящий гараж), к ЦУ можно напрямую подключить 3G USB-модем, чтобы он сам вышел в интернет через сотовую сеть. Если следовать вполне понятной инструкции, никаких проблем возникнуть не должно - тут все предельно просто.

Создав в приложении Rubetek новый «Умный дом» (а их может быть несколько: гараж, квартира, дача и т. п.), начинаем подключение вспомогательных устройств - это могут быть домашние и уличные видеокамеры, видеодомофоны, умные розетки, датчики температуры, освещенности, дыма, утечки газа и протечки воды, а также реле управления жалюзи, шторами, рольставнями, теплым полом, бытовыми приборами или воротами.

Сначала надо снарядить все датчики свежими батарейками - в моем случае это были батарейки 23А для датчика протечек и «Крона» для газового и дымового. Дальше нужно «подружить» датчики с ЦУ. Один из способов - прямо из приложения Rubetek отсканировать QR-код с каждого датчика, нажав кнопку «+» в разделе «Устройства».

Наконец, необходимо убедиться в работоспособности всех датчиков. Для этого надо нажать или нажать и подержать пару секунд кнопку «Тест» на каждом из них, за исключением датчика протечек - там придется приложить влажный палец к чувствительным пластинам. Проверить датчики нужно и рядом с ЦУ, и прямо на месте их установки, чтобы убедиться, что дальности действия датчиков хватит, чтобы «добить» до ЦУ. Имеющиеся у нас датчики работают по стандарту RF 433 МГц, и радиус их действия, как выяснилось, достаточно широк и заметно превосходит (благодаря низкой радиочастоте) радиус действия Wi-Fi. Так, в трехкомнатной распашной квартире панельного дома удалось разнести ЦУ и датчики на максимально возможное расстояние, и связь через несколько железобетонных стен ни разу не пропадала. Впрочем, в сложной обстановке (например, если у соседей часто работают какие-то устройства на частоте 433 МГц), картина может быть другая, поэтому и необходима проверка.

Датчики RF 433 МГц выдают радиосигнал только при срабатывании (в этот момент, если открыть в приложении свойства датчика, можно увидеть уровень сигнала), поэтому батарейки должно хватить надолго. Кроме того, ЦУ может работать еще и по стандарту Z-Wave (869 МГц), также используемому в некоторых датчиках (например, в «умных» розетках). Поддерживает ЦУ и Bluetooth.

Домашняя камера видеонаблюдения RV-3404, которая также была у меня в наличии, подключается к ЦУ по Wi-Fi и точно так же добавляется в мобильное приложение Rubetek. Но и без ЦУ камеру можно полноценно использовать, записывая видео на карту MicroSD. ЦУ необходим, если вы хотите записывать видео в «облако».

Теперь, когда все устройства добавлены, можно пробежаться по их свойствам в приложении и что-то настроить под свои вкусы. Например, в свойствах ЦУ можно указать номера телефонов, на которые должны отправляться SMS о срабатывании датчиков. Это крайне желательно сделать, так как Push-уведомления приходят на смартфон только при наличии мобильного интернета, а SMS почти всегда доходит мгновенно.

Удобство и функционал

Итак, все датчики подключены и подвешены в нужных местах квартиры. Газа - на кухне, дыма - в коридоре, протечек - в ванной. Камера направлена на входную дверь. Датчики проверены - до ЦУ их сигнал проходит без проблем, на воду, газ и дым они тоже реагируют исправно (да, пришлось подымить сигаретой и даже открыть конфорку). Некоторые еще и выдают весьма громкую сирену. То есть, «Умный дом» заработал. Теперь в случае срабатывания тревоги вы сразу же получите на свой смартфон Push-уведомление и SMS. Можно ехать в отпуск.

Но, разумеется, функционал системы от Rubetek этим не ограничивается. В мобильном приложении предусмотрен режим «Охрана» и возможность создания сценариев. Например, если у вас есть датчик открытия дверей, активировать его, когда вы дома, нет смысла, так же как и датчик движения на камере. Для этого предусмотрен режим «Охрана». Оставляете дом пустым - одним нажатием кнопки на смартфоне или даже голосовой командой включаете полный режим защиты. Теперь и в случае открытия входной двери или, скажем, сейфа, вы получите уведомление.

Сценарии же предназначены для другого - в первую очередь для создания комфорта. Смысл в них также появляется в случае дальнейшего апгрейда «мозгов» вашего жилища. Например. Ставим «умное» реле на ворота гаража и несколько «умных» розеток. Теперь, подъезжая к дому, достаточно подать голосовую команду, чтобы автоматически открылся гараж, зажегся свет во дворе, в гараже и в доме, был отключен режим охраны и включился кондиционер. Поставили машину - еще одна команда, чтобы закрыть гараж и выключить свет, где он уже не нужен. Все ограничивается только фантазией и наличным списком «умных» девайсов.

Совместимость

Еще один важнейший плюс системы от Rubetek в том, что она открыта для подключения устройств других производителей (список совместимости весьма приличный: https://rubetek.com/compatible-devices), а ЦУ совместим с Apple HomeKit. Правда, дешевые устройства на RF 433 МГц от других производителей вряд ли получится использовать из-за отсутствия единого стандарта. Так что лучше всего сразу ориентироваться на Z-Wave.

Ограничения

Пару слов надо сказать об ограничениях данной системы, которая все-таки является бытовой. В первую очередь это температурный режим. Учтите, что ставить ЦУ в помещении, где температура опускается ниже нуля, нельзя: рабочая температура +5 ºС.+40 ºС. Примерно такой же диапазон и у других устройств (датчик газа, правда, от -10 работает). Еще один важный момент: датчики RF 433 МГц надо время от времени проверять на работоспособность, так как вечных батареек пока не придумали, (в более продвинутых устройствах Z-Wave возможен удаленный опрос статуса).

Резюме

Впрочем, плюсы системы, на мой взгляд, явно перевешивают все ограничения. Главный из них - ее доступность. Для установки «умного дома» Rubetek и его использования не только специалист не нужен, но даже знание английского языка не требуется - все и везде только на русском. Система, однажды установленная (на что уходит минут 30), не требует никакой абонентской платы. Установка не требует никакой прокладки проводов, переоборудования жилища или тому подобных работ - с ней справится любой человек, более-менее разбирающийся в технике. Да и обслуживание, по сути, не нужно - разве что, пыль с камеры вытирать. Правда, высок риск войти во вкус: удержаться от апгрейда системы будет крайне сложно. А там, глядишь, и настоящие AI дозреют…

Справочная статья, основанная на экспертном мнении автора.

В фильмах часто демонстрируется жилое помещение, которое как будто живет своей жизнью. Лампочки загораются по мановению руки, открываются шторы, после определенного слова играет музыка. Все это оборудования является интеллектуальной домашней системой, и мы предлагаем рассмотреть, как сделать умный дом своими руками, что для этого нужно, а также какова схема такой системы.

Умный дом – что это

Умный дом – это домашняя автоматика, которая является жилым расширением автоматизации зданий. Главная автоматизация может включать централизованное управление освещением, ОВК (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), бытовую технику, открывать замки ворот, дверей, GSM и других систем, чтобы обеспечить улучшенное удобство, комфорт, энергоэффективность и безопасность. Нужно отметить, что для некоторых категорий населения (пожилых людей, инвалидов) это мероприятие может стать необходимым.

Фото – Умный дом идеи распределения
Фото – Простой умный дом

С новейшим внедрением в нашу жизнь SMART технологий, многие уже не представляют свою жизнь без автоматических установок, программного оборудования, нам необходим беспроводной интернет, бытовые приборы.

Домашняя автоматика относится к использованию компьютерных и информационных технологий для управления бытовой техникой и их функциями. Она может варьироваться от простого дистанционного управления освещением до сложных сетей на базе компьютера/микро-контроллера с разной степенью интеллекта и автоматизации. Домашняя автоматика преимущественно должна быть максимально простой.

Фото – Умный дверной замок

Достоинства использования «умного дома» в квартире на базе PIC или WAVE:

1. Экономичный расход времени на ежедневную настройку разнообразных механизмов, прием звонков, рассылку почты;
2. Использование газообразных или жидких топливных материалов, а позже использование электричества, позволило увеличить автоматизацию в системах отопления, уменьшая рабочую силу, необходимую, для ручной дозаправки обогревателя и печи.
3. Развитие термостатов позволило настроить более автоматизированное управление отопление, а позже охлаждение;
4. Так часто осуществляется охрана промышленных объектов, жилых помещений;
5. По мере увеличения числа управляемых устройств в доме поднимается их взаимосвязь. Например, печь может отправлять уведомления, когда он нуждается в чистке, или холодильник, когда он нуждается в обслуживании.
6. В простых установках, smart может включать свет, когда человек входит в комнату. Также в зависимости от времени суток, телевизор может настраиваться на нужные каналы, выставлять температуру воздуха, освещение.

Умный дом может предоставить интерфейс-доступ к бытовой технике или автоматизации, чтобы обеспечить контроль и мониторинг на Вашем смартфоне, через сервер, мини Smart для iPhone, iPod touch, а также при помощи переносного компьютера (необходим специальный soft: AVR Studio).

Фото – Контроль дома через планшет

Видео: система Schneider Electric умного дома

Элементы умного дома

Элементы домашней автоматизации включают в себя датчики (например, температуры, дневного света или обнаружения движения), контроллеры и приводы, таких как моторизованные клапаны, выключатели, двигатели и другие.

Фото – Схема управления дома

Это отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, ОВК может контролировать температуру и влажность, к примеру, термостат интернет-контроля позволяет домовладельцу удаленно управлять системами отопления и кондиционирования воздуха здания, система может автоматически открывать и закрывать окна, включать радиаторы и котлы, теплый пол.

Освещение

Эти механизмы управления освещением могут быть использованы для управления бытового света, техники. Также сюда можно отнести систему естественного освещения, работу жалюзи или штор.

Фото – Схема умного дома

Аудио-визуальная

• Эффект присутствия дистанционного управления (Это самая современная технология, которая применяется для увеличения безопасности). Заключается в зажигании света, музыкальном сопровождении.
• Имитация присутствия
• Регулирование температуры
• Регулировка яркости (электросветильники, уличное освещение)
• Безопасность (сигнализация, жалюзи).

Как сделать умный дом

Интеллектуальную систему можно сделать своими руками, самый бюджетный вариант – это настройка контроля освещения в доме или включения компьютера.

Фото – Вариант управления умным домом

Чтобы сделать лампу, которая будет «сама» загораться, к ней понадобится подключить специальное оборудование. Есть несколько вариантов решения это задачи:

1. Установить акустическое реле (1 или x10-wire);
2. Присоединить диммер;
3. Подключить датчик движения.

Проще всего работать с датчиком. Его продажа осуществляется в любом интернет-магазине, можно купить канальный прибор, можно разработать свой собственный по своим параметрам. Единственное замечание, нельзя устанавливать с таким прибором лампу накаливания, она может не выдержать нагрузки и взорваться, лучше работать со светодиодной.

Фото – Концепция умного дома

Еще один «умный» бесшумный вариант – это диммер. Здесь Вам понадобится прикоснуться к лампе, в зависимости от количества прикосновений, говорящий прибор будет менять яркость. Это очень удобно использовать на лампе в спальне, детской.

Чтобы настроить контроль и регулирование температуры, нам понадобится многоканальная система. Центральная схема контроля температуры и влажности состоит из:

• Датчиков (ds1820), которые измеряют физическое состояние жидкости, воздуха.
• Контроллеров (rfm12), которые могут быть простыми физическими компонентами и сложными устройствами специального назначения или встроенных компьютеров.
• Приводов люнекса, которые реагируют на сигналы контроллеров.

Самый современный способ – это купить все составляющие умного дома, провода, термостаты. После установить приборы в каждой комнате, по терморегулятору на радиатор и один на котел. Также понадобится управляемый блок, или «мозг» всей системы. Его рекомендуется смонтировать на входной трубе отопления.

Фото – Система умного дома

Наиболее просто осуществляется монтаж системы видеонаблюдения и сигнализации. Принципиальные положения установки систем безопасности:

1. Нужно подключить датчики на окнах, дверных проемах, там электрика будет самой продуктивной;
2. Сложнее всего подбирается плата, от неё зависит контроллер умного дома, работа посредственных деталей, уровень сигналов;
3. Многие специалисты считают, что монтировать индикаторы нужно на уровне пола. Где-то см 20 от плинтуса, это повышает эффективность;
4. Желательно установить постоянный мониторинг, установить цифровую систему контакта со службой охраны. Часто ответственными хозяевами устанавливается специальная программа к себе на персональный компьютер, которая позволяет контролировать работу системы из любой точки, где есть интернет (так советует поступить Елена Тесля и её книга: «Умный дом: как сделать своими руками», также там есть и другие решения). Можно подключить sms-оповещения.

Умный дом – это очень удобный способ сделать свою жизнь проще, часто целая система покупается полностью (Arduino, KNX, Linux).

Стоимость каждой системы индивидуальна. Самые популярные марки следующие: beckhoff, gira, lpt, redeye, Smart Switch IOT screen, teleco. Мы рекомендуем, перед тем, как построить такое жилье, посоветоваться со специалистами, они помогут вычислить уровень нагрузки, рассчитать потребляемую мощность.

Фото – Управление светом через телефон

Чтобы почерпнуть идеи, можно пролистать В.Н.Гололобов «Умный дом» своими руками, DJVU или PDF, бесплатно посмотреть у нас фото и видео- инструкции, прочитать советы известных мастеров.

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.