Технологии Умного дома | Системы безопасности и контроля дома
Меню

Технологии

Умный дом (англ. smart home) — это система автоматизации, состоящая из комплекса высокотехнологичных программно-аппаратных устройств, которые позволяют автоматизировать управление инженерными системами и оборудованием в квартире, загородном доме или в офисе.

Умное здание (англ. smart house) — это система автоматизации, состоящая из комплекса высокотехнологичных программно-аппаратных устройств, которые позволяют автоматизировать управление системами центрального отопления, водоснабжения и безопасности в многоквартирном здании. 

Современные системы автоматизации дома, контролируя множество датчиков различного назначения, автоматически регулируют работу инженерных систем, оборудования и электрических приборов в соответствии с выбранными человеком сценариями и управляющими действиями. Подключение к сети Интернет позволяет осуществлять управление домом удаленно со смартфона, планшета или компьютера.

В основные задачи управления домом могут входить:

  • Контроль работы внутреннего и внешнего освещения;
  • Контроль работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования;
  • Управление охранной сигнализацией и системой контроля доступа;
  • Контроль работы альтернативных источников энергии;
  • Управление работой насосов, включая полив или дренажные системы;
  • Управление положением ворот, жалюзи или рольставней.
  • Управление процессом распределения и подачи видео- и аудио сигналов.

Различные сценарии управления домом и управляющие действия могут инициироваться человеком при помощи пульта дистанционного управления, настенных клавишных выключателей или кнопок, смартфона, планшета, персонального компьютера, голосовыми или звуковыми командами. 

По способу обмена сигналами управления технологии «Умного дома» делятся на проводную и беспроводную. Проводная технология использует для связи между отдельными устройствами провода, беспроводная – радиоволны. На практике эти технологии в той или иной степени могут совмещаться друг с другом.

Проводная технология «Умного дома» является наиболее скоростной и надежной, имеет возможность расширения и высокую защищенность. Если жилище или офис находится в стадии строительства или ремонта, то для построения «Умного дома» целесообразнее использовать проводную технологию. Для больших пространств это будет наиболее дешевле и простое решение. 

Беспроводная система «Умного дома» устанавливается в таких помещениях, где монтировать проводную сеть затруднительно из-за уже сделанного ремонта или где предполагается использовать устанавливаемое оборудование временно. Беспроводная технология прекрасно сочетается с уже проведенной в жилище проводной сетью, если, для установки дополнительных элементов «Умного дома» затруднительно штробить стены и прокладывать провода. Беспроводная система проще в установке и дешевле по бюджету, если она используется для относительно небольших пространств. К преимуществам беспроводной технологии можно также отнести быстрое развертывание сети, легкость настройки и мобильность.

Известные проводные протоколы «Умного дома»

KNX 

KNX является одним из наиболее распространенных протоколов для использования в средних и крупных системах автоматизации домов, офисов и коммерческих помещений. Он появился на рынке более двадцати лет назад и сегодня поддерживается многими крупными производителями электротехнического оборудования. Пользуется  популярностью в Европе. В ассоциацию KNX сегодня входят более 350 компаний по всему миру. Число сертифицированных продуктов — более 7000. Общее число установленных в мире устройств, отвечающих этому стандарту, составляет по некоторым оценкам более десяти миллионов. Наиболее известными производителями оборудования KNX сегодня являются ABB, Gira и Schneider Electric.

Стандарт характеризуется обилием заложенных в него функций, а также сложностью проектирования и монтажа. В качестве среды для передачи данных протокол KNX может использовать шину (витую пару), электрическую сеть или радиоканал. Чаще всего применяется первый вариант, нередко необходимые провода прокладываются совместно с силовыми кабелями еще на этапе строительства. Стандарт предусматривает различные варианты топологии сети. Итоговая система обязана иметь собственный источник питания, но при этом в ней может отсутствовать центральный контроллер, т. е. KNX позволяет создавать децентрализованные решения, в которых сенсоры и исполнительные модули взаимодействуют напрямую. Протокол подходит для автоматизации крупных зданий, в одну сеть можно объединить до 58000 устройств. 

HDL

Компания HDL является крупнейшим Китайским разработчиком и производителем систем управления профессиональным сценическим светом и систем автоматизации зданий и домов. HDL buspro представляет собой систему децентрализованного управления интегрированными системами технологии «Умный Дом». Эта система Умного дома позволяет управлять освещением и микроклиматом, системами охраны и пожарной безопасности, а также мультирумом. Для нее не требуется центрального процессора. Это обусловлено встроенными микропроцессорами в разные приборы, находящиеся в любом участке системы. Для объединения приборов в одну сеть используется провод типа Cat5e UTP, две жилы из которого используются для передачи данных, а две остальные — для обеспечения питания устройства. Сеть HDL может обслужить одновременно до 65 тысяч приборов различного назначения. При этом информационный кабель может достигать в длину почти двух километров. Сетевые мосты позволят увеличить диапазон действия сети с помощью подключения к Ethernet.  Система оснащена специализированными блоками питания для безопасной подачи электричества и защиты от скачков напряжения в сети электроэнергии, что позволяет всем, включенным в систему, устройствам устойчиво работать при питании от 8 до 32 В. За счет этого обеспечивается высокая надежности системы Оборудование HDL для системы Умный дом — это простая и понятная архитектура, которая позволяет решать множество задач и является многофункциональной. С созданием своего умного дома с помощью привлечения оборудования HDL справится практически любой. Система умного дома HDL Bus совместима с ведущими мировыми протоколами через штатные шлюзы: TCP/IP, RS232, RS485, KNX/EIB, DALI, DMX512, ModBus, ZigBee. Также существует поддержка Coolmaster, управление с iPad, Android, Windows, MacOS или просто из браузера любого 

LON WORKS

LonWorks — это сетевая платформа, которая широко используется для автоматизации различных процессов и функций систем зданий. Например: управление освещением, отоплением, вентиляцией и кондиционированием. В основе технологии LonWorks лежит концепция реализации систем управления при помощи «распределенного интеллекта» — управляющей сети (Local Operating Networks — LON), которая имеет минимальное количество уровней иерархии, и в которой нет выраженного центрального устройства (Master).В LonWorks используются исполнительные устройства собственного стандарта e2i (easy to integrate) (что позволяет значительно снизить стоимость интеллектуальной системы в целом по сравнению с другими аналогами, существующими на рынке). Имеется возможность реализовывать проекты практически любых размеров и функциональности (из-за отсутствия ограничений по распределенности, масштабу решений на базе технологии Lon). Технология LonWorks предоставляет разработчику систем управления все семь уровней модели ISO/OSI, в отличие от других систем, где предлагаются только низшие уровни. На прикладном уровне в LonWorks доступны прикладной сетевой интерфейс и менеджмент, а на уровне представления данных — сетевые переменные, при помощи которых производится обмен. LNS поддерживают инсталляцию и конфигурацию узлов, загрузку прикладной задачи в узел сети, мониторинг шины. Это все облегчает процессы планирования, создания и эксплуатации системы. Стандарт Lon используют такие производители, как Berker, Gira, Jung и другие производители элитных дизайнерских серий электрооборудования, которые на основе технологии LonWorks позволяют реализовывать интересные, современные проекты для квартир, коттеджей, вилл и отелей.

Известные беспроводные протоколы «Умного дома»

Z-Vawe

Z-Wave —это распространённый радио протокол передачи данных, предназначенный для домашней автоматизации. Характерной особенностью Z-Wave является стандартизация от физического уровня, до уровня приложения. Т.е. протокол покрывает все уровни OSI классификации, что позволяет обеспечивать совместимость устройств разных производителей при создании гетерогенных сетей. Протокол Z-Wave был разработан для квартир и небольших домов. Обычно такие системы содержать от 5 до 100 устройств. Основная особенность Z-Wave состоит в том, что он относится к формату «сделай сам» (DIY), т.е. установку и настройку системы владелец жилья может сделать самостоятельно. Протокол разрабатывался специально для управления такими устройствами как свет, жалюзи, ворота, термостаты и другими путём передачи коротких команд, требующих небольшого энергопотребления.

Z-Wave — это ячеистая сеть (mesh network), где каждый узел знает окружающие его узлы и может направлять через них пакеты. Использование маршрутизации позволяет успешно преодолевать препятствия между узлами, не позволяющие им общаться напрямую. Передача данных осуществляется на частоте 869.0 МГц (Россия), 868.42 МГц (Европа, страны CEPT, Китай, Сингапур, ОАЭ, ЮАР), 908.42 МГц (США, Мексика), 921.42 МГц (Австралия, Бразилия, Новая Зеландия), 919.8 МГц (Гонконг), 865.2 МГц (Индия), 868.2 МГц (Малайзия), Япония (951-956 и 922-926 МГц). Модуляция FSK (частотная манипуляция). Скорость передачи: 42 кбит/с, 100 кбит/с и 9.6 кбит/с. Предельная мощность передачи 1 мВт. Учитывая предельные расстояния между устройствами 10-30 метров в прямой видимости (зависит от антенн), можно сказать, что предельная дальность доставки пакета — 40-120 метров. Естественно при прохождении перекрытий и стен мощность сигнала существенно падает, что приводит и к уменьшению дальности передачи. На практике 4 этажный дом с общей площадью в 500 квадратных метров — это предел одной сети протокола Z-Wave с качественной передачей данных.

ZigBee

ZigBee – это открытый стандарт беспроводной связи для систем сбора данных и управления.  Технология ZigBee  позволяет создавать самоорганизующиеся и самовосстанавливающиеся беспроводные сети с автоматической ретрансляцией сообщений, с поддержкой батарейных и мобильных узлов. В настоящее время технология ZigBee  всё более широко применяться на практике для создания беспроводных сетей датчиков, систем автоматизации зданий, устройств автоматического считывания показаний счетчиков, охранных систем, систем управления в промышленности.

Спецификация ZigBee регламентирует стек протоколов  взаимодействия узлов сети, в котором протоколы верхних уровней используют сервисы, предоставляемые протоколами нижележащих уровней. Сети ZigBee при относительно небольших скоростях передачи данных обеспечивают гарантированную доставку пакетов и защиту передаваемой информации.Стандарт ZigBee предусматривает частотные каналы в диапазонах 868 МГц, 915 МГц и 2,4 ГГц. Наибольшие скорости передачи данных и наивысшая помехоустойчивость достигаются в диапазоне 2,4 ГГц.  Поэтому большинство производителей микросхем выпускают приемопередатчики именно для этого диапазона, в котором предусмотрено 16 частотных каналов с шагом 5 МГц.Скорость передачи данных вместе со служебной информацией в эфире  составляет 250 кбит/c . В основе сети ZigBee лежит ячеистая топология (mesh-топология). В такой сети, каждое устройство может связываться с любым другим устройством как напрямую, так и через промежуточные узлы сети.

Bluetooth Low Energy

Технология Bluetooth Low Energy (BLE) известная также как Bluetooth Smart, была разработана с ориентацией на новое поколение умных устройств, многие из которых питаются от батареек и, следовательно, требуют более эффективного управления питанием. Как и Z-Wave, Bluetooth охватывает все уровни основной модели OSI — от физического уровня до прикладного.
Bluetooth Low Energy, как и другие стандарты связи с низким энергопотреблением и низкой пропускной способностью, ориентирован на передачу данных небольшими пакетами и короткое время работы устройства с батарейным питанием в активном режиме. В этом заключается его основное отличие от классического Bluetooth, так как устройства Bluetooth Low Energy соединяются друг с другом только при необходимости отправки или получения данных.

Для технологии, ориентированной на низкое энергопотребление, Bluetooth Low Energy обладает довольно впечатляющей скоростью передачи данных — до 1 Мбит/с (для новой пятой версии Bluetooth это значение увеличено до 2 Мбит/с). Bluetooth Smart имеет функцию, которой нет у других технологий — это называемые маячки (beacons). Используя функцию определения близости Bluetooth, маячки могут заставить смартфоны выполнять определенные действия, когда пользователь находится рядом с ними: от push-уведомлений на основе определения местоположения до услуг точного позиционирования, при этом устройство и смартфон общаются друг с другом напрямую. Это его самое большое конкурентное преимущество.

Bluetooth Low Energy использует самый загруженный диапазон 2,4 ГГц. Для обеспечения помехоустойчивости  Bluetooth снабжен технологией адаптивной смены частоты, которая обеспечивает способность в ходе передачи данных динамически переключаться между 40 доступными каналами, избегая самых шумных и загруженных. Bluetooth Low Energy,  несмотря на теоретически достижимую дальность до 100 метров в зоне прямой видимости, при работе двух устройств в помещении может реально работать на расстоянии до 10 метров.

Отзыв