Сердце умного дома — контроллер

Человек всегда стремится к усовершенствованию и модернизации своего жилища. Именно разработка системы «умный дом» даёт возможность максимально автоматизировать все возможные процессы, происходящие в нём. За счёт этого достигается комфорт и безопасность квартиры или дома. То есть, умный дом — это многофункциональное комплексное устройство систем управления, которое может работать как в автономном (полностью автоматическом режиме), так и в ручном. Последнее время этот комплекс устройств стал всё более популярен, хоть и стоит достаточно дорого. Сердцем любого умного дома является так называемый контроллер, который и превращает весь этот сложный механизм в уникальную сеть и именно он отличает её от обычной автоматики на основе электронных устройств.

Из чего состоит умный дом

На сегодняшний день существует множество модификаций и конфигураций системой управления умным домом, это зависит от того:

• Каких целей хочет достичь хозяин жилья;
• Материальных возможностей;
• Размеров и функциональности дома.

В любом случае основными составляющими системы являются:

1. Контроллер выполняет роль руководствующего и регулирующего механизма между модуляторами ввода и вывода. То есть основной соединительной частью между управляющим человеком и нужным процессом;
2. Системы расширения связи, включает в себя всевозможные роутеры, коммутаторы, GPS/GPRS модули;
3. Приборы коммутации электрической цепи с их помощью происходит включение или выключение нужного механизма или устройства. Это реле, блоки питания, различные диммеры;
4. Датчики и сенсоры, а также измерительные приборы разного направления. Они могут измерять движение, температуру, насыщенность света, влажность и т. д.;
5. Элементы, за счёт которых, происходит непосредственное управление всей системой или её частями;
6. Механизмы, приводящие в исполнение сигнал от контроллера, то есть превращающие электрический сигнал в соответствующий выбранному устройству. Это двигатели вентиляции, роллеты, клапаны подачи воды, осветительные приборы, обогревательные элементы и т. д.

Что собой представляет контроллер для управления

Сердце этой системы контроллер не только руководит всеми потребителями и приборами входящими в систему умного дома, но ещё и высылает отчёт хозяину о том в каком состоянии той или иной прибор в данный момент. Он может быть запрограммирован на выполнение различных действий в нужный промежуток времени или же по утверждённому графику включения. Вся система умного дома может работать в автономном режиме, то есть без участия человека, связь с ней происходит несколькими способами через:

• Компьютерную сеть;
• Мобильный телефон;
• По радиопередатчику.

Выбор контроллера нужно выполнять в зависимости от архитектуры системы управления. То есть весь комплекс может быть:

1. Централизованный, который управляется за счёт одного-единственного контроллера с высокой производительностью и возможностями. Он имеет свою операционную систему на базе небольшого компьютера, смонтированного в небольшого размера пластиковый корпус. В зависимости от комплектации в него встроен может быть GSM модуль который нужен для удаленного доступа, а также сенсорный экран с кнопочным интерфейсом. Для подключения к сети имеются всевозможные разъемы;
2. Децентрализованный (региональный), состоит из нескольких систем управления, то есть в него входит несколько более простых контроллеров. Каждый из них выполняет меньше функций и отвечает за управление определенным помещением, комнатой или же группой приборов и устройств определённого назначения. Обладает маломощным электронным логическим блоком без операционной системы. Настраивается он на элементарные задания и сценарии, которые могут основаны на времени или же состоянии датчиков. Например, датчик света, подключенный к нему, даёт управляющий сигнал на включение освещения при наступлении темноты. Сам процесс включения, естественно, осуществляется через реле.

 Принцип работы контроллера

Основный принцип работы всей системы интеллектуального дома базируется на автоматизации и контроле всех процессов, происходящих в нём. Первоначально всё управление настраивается на самостоятельные включение и отключение тех или иных механизмов, упрощающих жизнь человека в доме. Контроллер умного дома может выполнять и контролировать задачи которые заложены у него в программе или же ранее были выставлены пользователем. При этом обязательна обратная связь между человеком управляющим домом и контроллером. Все системы, завязанные на работе с контроллером имею один или группу датчиков, и поэтому пользователю остаётся выбрать только режим их срабатывания, или же попросту отключить их автоматическую работу. А вот насколько полезна вся информация, подающаяся с контролера, это уже вопрос. Так как часть их может быть неинтересна обычному обывателю, не вникающему в подробности работы системы. Поэтому во время настройки и установки всей системы умного дома, хозяин должен решить насколько он будет автоматизирован. Так как, например, не всем нужно знать давление воды в магистрали холодной воды, или же напряжение в сети.

Типы связи систем

Связь для управления этой довольно сложной системой является немаловажным компонентом. Существует несколько основных типов связи:

• Беспроводная локальная. Этот тип связи имеет ограниченный радиус действия и производится с помощью радиосигнала, Wi-Fi, или же в крайнем случае Bluetooth. Управление осуществляется с любой точки помещения или даже придомовой территории. Однако, если дом многоэтажный и ещё выполнен из материала, который выполняет экранирующую функцию (обшитый железом или даже состоит бетонных плит с арматурной увязкой), то устанавливаются специальные, усиливающие беспроводной сигнал, приборы или же дополнительные радиоточки;
• Удалённая беспроводная связь. Она возможна при условии подключения контроллера умного дома к глобальным сетям или системам расширения связи, которые обеспечивают постоянный доступ к ним. Это такие сети, как GSM/GPRS, любой мобильны интернет. То есть, даже если отсутствует интернет можно отправить или получит смс на телефон о состоянии той или иной системы управляемой контроллером. Основные устройства связи это телефон (смартфон), планшет или ноутбук.
• Проводной локальный. Это один из устаревших и выходящих из обихода способов, но всё же обладающих хорошей надёжностью. Связь происходит по кабелю, витой паре или электрической проводке. Любой центральный или региональный контроллер умного дома имеет такое подключение. Расширение связи и функции происходит с помощью коммутатора, который создаёт несколько ответвлений. Управление осуществляется путём нажатия кнопок на панели управления, она может быть сенсорной или же механической. Но иногда и через компьютер можно выполнять соединение, но это не совсем удобно теряется мобильность в управлении.
• Проводной удаленный способ. Это довольно дорогой способ, так как подразумевает прокладку большого количества кабельной продукции. И чем дальше будет расположен блок управления тем проблемнее его связь с контроллером. Чаще всего такой метод связи применяется не для частных а для государственных организаций и структур для управления несложными процессами корпусов зданий и близлежащей территории. Для домашнего пользования применяется крайне редко.

То есть устройства, за счёт которых, и происходит непосредственное управление чаще всего идут в комплекте. Представляют они из себя графические панели управления с кнопочным или сенсорным воздействием, также это могут быть пульты дистанционного управления, настроенные на радиочастоту передатчика. Такие приборы управления, как мобильные телефоны, компьютеры или планшеты, естественно, приобретаются отдельно. Связь через них и управление происходит при помощи специально разработанного программного управления, которое и обеспечивает удалённый доступ при помощи интернета.

Основные варианты конфигураций

Постоянно, стремясь к совершенству и автоматизации, человек изобретает всё новые и новые механизмы для этого. Также это стремление направлено и на уменьшение габаритов устройств без потерь их функциональных особенностей.

Для контроллера управляющего механизмами так и для всей системы умный дом есть основные требования это:

1. автоматизм;
2. самоконтроль;
3. чёткость управления, без совершения ошибок.

Варианты конфигурации любой такой системы зависят от многих факторов, о который уже говорилось выше, вот варианты систем которое могут подключаться к контроллеру:

1. Регулировка и управление освещением как в самом помещении, так и на придомовой территории, и в местах архитектурных сооружений;
2. Климатические установки (кондиционирование, вентиляция, обогрев);
3. Закрывание и блокировка дверей, ворот и окон;
4. Аудиосистемы, и телевидение, домашний кинотеатр;
5. Управление шторами, жалюзи и солнцезащитными роллетами;
6. Системой водоснабжения;
7. Кормление домашних животных и аквариумных рыбок.

То есть всё заключается в желании клиента и его материальных возможностей.

Распространённые марки контроллеров

Качество выполнения команд и функциональность любой системы интеллектуального дома напрямую зависит от контроллера и его производителя.

Овен

Этот контроллер для умного дома модификации ПЛК 100 является базовым решением. Особенностью которого можно выделить применение протокола Modbus. Именно он выполняет организацию обменом информации между каналами связи. Рассчитан контролер «Овен» для использования и создания автоматических систем жилых домов и коттеджей с этажностью не более двух, уличного освещения, обогрева напольного, и устройств сигнализации. Логический контроллер связан с панелью оператора и аппаратом ввода-вывода через интерфейс RS-485. Программирование происходит самим владельцем, если, конечно, у него есть такое желание. Меню состоит из шести информативных блоков управления, каждый из которых отвечает за определённый сегмент. Есть функция отправки СМС с помощью элемента GSM-контроллера. Оповещение происходит в случае аварийных ситуаций энергоснабжением или неисправности питающих контуров отдельных ключевых элементов системы «умный дом».

VeraEdge

Модель семейства Vera отличается большим запасом доверия пользователей, из-за применения их аппаратуры в данной отрасли уже многие годы. Основные преимущества данной модели это:

• Высокая производительность;
• Эргономика;
• Компактность;
• Надёжность.

Разработчики применили здесь новую платформу, дающую высокие показатели производительности под названием SoC, её частота составляет 600 МГц, а оперативная память увеличена до 128 Мб. Основное нововведение реализовано на чипе Z-Wave Plus являющимся пятым поколением данных микросхем. Пользователь одновременно может контролировать и управлять механизмами количество которых доведено до 200 устройств. Оборудован контроллер VeraEdge модулем связи через Wi-Fi. Одним из недостатков которые всё же имеются в любой системе можно считать отсутствие интегрированного блока бесперебойного питания, который можно докупить и установить дополнительно.

Arduino

Контролер Arduino предлагает довольно необычное, но довольно логичное решение для управления «умным домом». Некоторые умельцы с лёгкость выполняют подключение и установку своими руками, это возможно из-за простоты работы с ним. Логический контроллер имеет очень небольшие габариты. И также в комплекте есть датчики, сенсоры, а также всевозможные индикаторы. Разработчикам почти удалось довести оптимизацию устройства до совершенства. Все датчики имеет беспроводную связь и отличаются минимальными погрешностями в работе, а для управления служат блоки которые отличаются необычным внешним видом, с удобной и уникальной веб-страницей. Она же доступна и в качестве мобильного приложения.

Siemens

Эти системы немецкого качества применяются не только для автоматизации систем в быту, но и на производстве, в промышленности. Контроллер этой компании выражен линейкой LOGO, участвующей в создании «умного дома». Это традиционная двухкомпонентная модель. Один, из которых, выполнен в виде клавиатуры с дисплеем и являющийся системой ввода-вывода, а второй позволяет выполнять манипуляции и подключение к контролеру через удобный и надежный проводной интерфейс. Компания предлагает также самостоятельную разработку определённых режимов в работе, для чего прилагается специальная программа Soft Comfort. Когда LOGO используется как центральный контроллер, то с помощью него можно создавать целые алгоритмы работы схем. Постоянно новые введения и модификация повышают эксплуатационные качества этого аппарата.

Положительные и отрицательные стороны контроллеров

Бесспорное достоинство применения контролеров для управления домом или помещением направлено на эффективное решение разнообразных задач, а также на воспроизведение интеллектуальных способностей, казалось бы, у самых простых и элементарных механизмов. Домовладельцы реально избавляются от многих рутинных действий. Однако как и у каждой системы существуют обязательно недостатки. К ним стоит отнести:

1. сложность подключения и введение в работу;
2. дорогостоящее обслуживание и стоимость всех элементов системы.

Однако развитие и технологии не стоят на месте и когда-то системой «умный дом» будет оборудован каждый дом или дачный участок, как буквально столетие назад не знал человек об электричестве, а теперь оно существует в каждом доме.

Автор:

Плoтникoв Aлeксaндр Сeргeeвич