Исследование методов автоматического управления умным домом

На сегодняшний день разработка системы управления умным домом является одним из приоритетных направлений развития автоматизированных систем. В современной системе умного дома, имеющей открытую архитектуру, каждая из систем работает в оптимальном режиме за счет взаимообмена данными с другими системами здания, что в итоге позволяет максимизировать эффективность работы всей системы в целом.

Существуют следующие методы управления умным домом:

• автоматическое управление умным домом на основе датчиков;

• управление умным домом с помощью пульта дистанционного управления и панели управления;

• удаленного управления.

Автоматическое управление умным домом на основе датчиков

Система управление домом на основе датчиков и микроконтроллеров используется для управления таких систем, как: системы климат контроля, системы безопасности, системы контроля освещения, системы контроля доступа и т.д. В системе содержится следующие типы датчики: датчик присутствия, датчик дыма, датчик движения, датчик температуры, датчик освещения, датчик протечки воды и т.д. Архитектура системы автоматического управления домом на основе датчиков, представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Архитектура системы управления домом на основе датчиков

Датчик движения и присутствия

Датчики движения - автоматические инфракрасные выключатели. Датчикам инфракрасного излучения поручено "заметить" человека, а как только человек появляется в зоне их действия, они дают команду «есть движение» к микроконтроллеру, затем микроконтроллер дает команду «замкнуть контакты» на релейную часть - и свет включается.

Типичная ошибка - устанавливать датчик движения не в проходных помещениях (коридор, лестничная клетка, кладовка), а в комнатах, где человек находится постоянно.

Разновидность инфракрасных выключателей - датчики присутствия. Они также зажигают свет, когда в зону обнаружения попадает человек. Но их чувствительность в несколько раз выше, чем у предыдущих изделий, поэтому они реагируют даже на малейшее движение. Обычно датчики присутствия потолочного исполнения и охватывают всю комнату [1].

Датчик присутствия относится к группе пассивных ИК датчиков, как датчики движения или датчики движения охранной системы. Эти устройства следует различать по их внутренней схеме, детектированию и обработке сигнала, что определяет их применение [2]:

• после обнаружения движения датчик движения включает освещение в зависимости от освещенности и выключает в зависимости от освещенности, если движение больше не обнаруживается;

• датчик движения охранной системы выдает сигнал об обнаружении движения (импульс) центральной охранной системе независимо от освещенности. Количество импульсов, передаваемых в течение определенного промежутка времени, часто можно задавать произвольно;

• датчик присутствия спроектирован для включения освещения в зависимости от освещенности при обнаружении движения и выключения, если освещение больше не нужно. Это происходит, если освещенность без искусственного освещения достаточна, или больше нет присутствия людей. Это обозначает, что «присутствие» людей детектируется в зависимости от предустановленного порога освещенности;

• датчик присутствия монтируется только под потолком помещения и контролирует поверхность под собой. Он имеет пассивный ИК датчик и реагирует на тепловые перемещения, вызываемые людьми, животными или предметами [3];

Датчик освещения

Датчик освещения (датчик освещенности) применяют в системе управления освещением дома для контроля освещенности в помещении в зависимости от времени. Датчик освещения предназначены для автоматического включения электрических источников освещения (лампы, прожекторы, светильники) при наступлении условий недостаточной видимости. Другими словами датчики освещения позволяют включить источник света при наступлении сумерек. По исполнению датчики освещенности бывают малогабаритными и стандартными. Малогабаритные датчики освещения могут встраиваться непосредственно в светильники, стандартные устанавливаются в помещении на стенах.

Датчик дыма и температуры

Системы с датчиком температуры позволяет управлять температурой в конкретном помещении. Система самостоятельно создает комфортные условия для сна — к ночи температура понизится, а к утру понизится. Для того, чтобы выставить требуемую температуру в комнате, достаточно задать значение температуры на панели электронного термостата или сенсорной управляющей панели. Система сама решит, какое тепловое устройство (радиаторы отопления, теплые полы, тепловентиляторы, кондиционеры) и на какую мощность включить, чтобы добиться заданных параметров. При этом мощность и количество включенных тепловых приборов будут выбраны в зависимости от уличной температуры и нужной скорости прогрева.

Система безопасности с использованием дымовых и тепловых пожарных датчиков. Использование качественных профессиональных датчиков предотвратит возгорание, своевременно сообщив пользователю о месте и типе возможного происшествия, в том числе на системы визуализации, монитор, телевизор, сенсорные панели, мобильные и стационарные телефоны.

Управление умным домом с помощью пульта дистанционного управления и панели управления

Пульт дистанционного управления и панель управления – наиболее распространенное управляющее устройство. Выбор пульта дистанционного управления широк: от пульта с одной кнопкой до универсального пульта, способного управлять практически всеми бытовыми приборами. Пульт управляет модулями: сигналы принимает трансивер и преобразует их в команды, передаваемые в электрическую сеть. Трансивер может быть выполнен как отдельное устройство, а может быть совмещен с другим устройством. Подключив трансивер в обычную электрическую розетку, мы можем с дистанционного пульта «включить/выключить» электрический прибор, изменить яркость освещения, «включить/выключить» весь свет. Удобство неоспоримо – из любой точки дома можно управлять и освещением, и любыми электроприборами.

Основные устройства системы:

• пульт дистанционного управления;

• трансивер (приемо-передатчик).

Пульт дистанционного управления используется для передачи основных команд, таких как включения и выключения света или изменение его яркости. Существуют различные методы передачи сигналов пульта дистанционного управления: ИК, радио и Bluetooth.

В настоящее время самым распространенным пультом дистанционного управления является универсальный пульт. Универсальный пульт дистанционного управления — это разновидность ПДУ, предназначенная для управления несколькими бытовыми устройствами.

Трансивер предназначен только для передачи сигналов от пульта другим устройствам по электропроводке. С его помощью все команды, которые мы подаем с пульта, передаются соответствующим устройствам, находящимся в любом месте дома. Бывают также трансиверы, которые могут сами управлять электрическими приборами. В этом случае трансивер не только передает сигналы от пульта, но и исполняет те команды, которые ему посылаем.

Система удаленного управления

Система удаленного управления домом – управление домом с компьютера или мобильного телефона.

Для управления домом с помощью компьютера необходимо наличие сервера системы умный дом. С одной стороны сервер встраивается в локальную сеть (это и витая пара и точки доступа WiFi) дома, с другой подключается к информационной системе управления. Далее сервер превращается в простого посредника: он перенаправит команды, пришедшие по локальной сети от нас к управляющим устройствам дома. И наоборот он собирает информацию от систем дома и посылает ее нам по локальной сети. Не нужно привыкать к новому интерфейсу - сервер системы умный дом это веб-сервер, поэтому для общения с ним мы используем обычный веб-браузер. Это утилитарность дает еще одно важное преимущество: если локальная сеть подключена к Интернету то, нам необязательно находится дома – можем быть где угодно – общение с умным домом будет выглядеть абсолютно также. Посредником между нами и домом может выступать как стационарный компьютер, находящийся у нас дома или, скажем, в Интернет-кафе, так и портативный компьютер или телефон - коммуникатор. Если нет под рукой ни одного из перечисленного выше устройства, мы можем сделать это непосредственно с помощью мобильного телефона – сервер поддерживает WAP технологию [4].

Интернет сервер умного дома также несет на себе функцию обратной связи дома с нами. Формируя с помощью веб-камеры изображения различных частей дома, сервер может ретранслировать ее нам в реальном времени с помощью Интернет. Или, например, он может проинформировать о внештатной ситуации, случившейся в наше отсутствие.

Удаленный контроль обычно доступен с мобильного телефона или через Интернет. Практичность этой опции сомнений не вызывает. Заблаговременно включив освещение, мы сможем создать нужную для комфорта освещения и температуру в помещении к своему приезду. Или, послав запрос со своего телефона, вы узнаете о текущем состоянии системы и при необходимости отрегулируете ее работу. Для защиты от несанкционированного доступа, как правило, используют ввод пароля.

Вывод

В результате анализа методов управления умным домом можно делать следующие выводы:

• при управлении домом с помощью пульта дистанционного управления может возникать несанкционированный доступ к устройствам по электросети, так как возможно попадание управляющих сигналов из одной квартиры через электрическую сеть в другую квартиру;

• возможна внешняя атака на домашнюю сеть посредством "чужого" радиопульта, так как система не предусматривает никакой системы паролей и предполагает совместимость любого передатчика управляющих сигналов с любым приемником.

Литература:

1. Архипов, В. Системы для «умного» здания / В. Архипов .- М. : "СтройМаркет", 1999.- № 45.- 182с.

2. Евсеев, Ю.А. Симисторы и их применение в бытовой электроаппаратуре / Ю.А Евсеев, С. С. Крылов .- М.: Энергоатомиздат, 1990. – 120 с.

3. Быков, В. С. Введение в технологию Х-10 / В. С. Быков .– М.: Лаборатория домашних технологий i-Home, 2006.- 25 с.

4. Управление умным домом через интернет [Электронный ресурс] [2006].- Режим доступа: http://smarthouse.rostov.ru.

5. Акустические системы, системы освещения, конференц-системы и системы оповещения [Электронный ресурс] [2008].- Режим доступа : http://www.iberi.ru/?trid=693.