Беспроводные системы домашней автоматизации
Беспроводные системы домашней автоматизации – это современные и удобные инструменты, с помощью которых можно создавать «умные» помещения любого размера: от небольших городских квартир до многоэтажных офисных центров. При этом, благодаря беспроводным технологиям, для превращения обычного здания в «умное», не нужно делать сложный ремонт или выстраивать дополнительную сетевую инфраструктуру. Сам процесс немногим сложнее замены обычной электрической розетки или выключателя.
Беспроводные системы домашней автоматизации
В общем случае, система домашней автоматизации, то есть умного дома состоит из трех основных компонентов: датчиков, актуаторов и центрального контроллера.
Датчики или сенсоры предназначены для того, чтобы собирать информацию о состоянии окружающей среды. Это – «нос», «глаза» и «уши» системы умного дома. На текущий момент существует огромное количество разнообразных датчиков – влажности, температуры, задымления и затопления, уровня CO2, датчики движения и объема, датчики нарушения контура, измерители потребляемой электроэнергии и это список далеко неполный, количество и число типов всевозможных датчиков растет с каждым днем.
Исполнительные устройства или «актуаторы» служат для того, чтобы управлять какими-то реальными физическими объектами и устройствами или изменять любым способом состояние окружающей среды. Самые простые и популярные актуаторы – это обычные розетки с возможностью дистанционного включения или отключения, световые выключатели и диммеры, ИК-излучатели для управления кондиционерами, «умные» патроны для ламп и т.п. Однако этим список актуаторов не ограничивается. Среди них есть управляемые беспроводные дверные замки, модули управления моторами жалюзи, отопительных устройств, элементами систем вентиляции. Ожидается, что в ближайшем будущем, в качестве актуатора в системе домашней автоматизации сможет выступать практически любой бытовой прибор (стиральные машины, плиты, утюги, холодильники), телевизионная техника, музыкальные центры и т. д.
Центральный контроллер или иначе «хаб» умного дома принимает информацию от датчиков и посылает управляющие сигналы актуаторам. Именно в хабе сосредоточен весь интеллект «умного дома». В абсолютном большинстве случаев, хаб выступает мостом между «умным домом», то есть сетью датчиков и актуаторов и обычной домашней проводной или WiFi-сетью. Чаще всего, в центральном контроллере есть свой небольшой веб-сервер, благодаря которому, доступ к управлению «умным домом» можно получить из любого веб-браузера, с ПК, ноутбука, планшета или смартфона – как «внутри», из домашней сети так и «снаружи», через интернет.
Возможности центрального контроллера во многом зависят от того, насколько «продвинутое» ПО в нем установлено. Некоторые бюджетные продукты просто предоставляют интерфейс для того, чтобы можно было дистанционно включать и выключать свет, посылать простые команды на актуаторы, подключенные к сети домашней автоматизации или просматривать параметры среды в квартире с помощью мобильного устройства или интернет-браузера. Более сложное ПО позволяет создавать автоматические сценарии – то есть комплексно управлять актуаторами в зависимости от комбинаций каких-либо событий или сообщений от датчиков. Например, включать определенные источники света и усиливать обогрев воздуха вечером (по таймеру или в зависимости от уровня освещения в доме), создавать определенную световую атмосферу для разных ситуаций (дружеский ужин, просмотр телевизора).
Наиболее «продвинутые» контроллеры обладают собственным «искусственным интеллектом», которые позволяют исполнять какие-то сценарии без участия хозяина квартиры, подстраиваясь под его поведение (например, используя информацию о времени суток и данные с датчиком движения – «подсвечивать» зоны помещения, где в данный момент находятся люди). Часто для этого контроллеры подключаются к облачным сервисам (как тем, что поддерживаются производителями систем умного дома, так и сторонним сервисам), где собираются десятки тысяч различных сценариев и на основании анализа больших объемов данных выделяются характерные особенности поведения пользователей, составляются наиболее оптимальные шаблоны управления домашней инфраструктурой. При этом может быть задействована и другая информация, не только та, что поступает от датчиков внутри квартиры – например, длина светового дня на конкретной широте, прогноз погоды и т. п.
Важно отметить, что довольно часто, «продвинутому» программному обеспечению для управления «умным домом» неважно, какая технология связи датчиков и актуаторов используется на физическом уровне. Достаточно лишь, чтобы имелись в наличии высокоуровневые драйвера, которые передавали в интерфейс нужные данные.
Также, в состав беспроводной системы управления домом, могут входить и другие, вспомогательные устройства, например, повторители и ретранляторы, переходные мосты для других, проводных, систем, таких как KNX, BacoNET, DMX и прочее.
Беспроводные сети «умных домов»
На данный момент в мире получили широкое распространение несколько технологий организации домашних беспроводных сетей, состоящих из датчиков, актуаторов и центрального контроллера. Среди них – Z-Wave, ZigBee, Bluetooth Low Energy. Также довольно часто используется подключение датчиков и актуаторов к домашней сети Wi-Fi (разумеется, это возможно с устройствами, которые поддерживают такую сеть и интегрированы с Wi-Fi-приемопередатчиком).
При разработке технологий сетей «умных домов» в расчет принимается несколько основных соображений.
Для того, чтобы не создавать помех, уровень сигнала в таких сетях должен быть невысоким. Предполагается, что на относительно небольшой территории (многоквартирный дом), должны устойчиво работать одновременно сотни сетей – поэтому чаще всего радиус действия приемопередатчиков в сети «умного дома» ограничен одной квартирой или расстоянием до 10 метров. Дополнительным преимуществом такого подхода является крайне невысокое энергопотребление датчиков и актуаторов и как следствие – их высокая автономность. Практически любой датчик или актуатор может работать годы от одной батарейки AA. Также, предполагается, что в сетях, состоящих из сенсоров и исполнительных устройств, нет необходимости в передачи значительных объемов данных, таких как файлы, аудио или видео. Поэтому практически все такие сети – низкоскоростные, благодаря чему еще более уменьшается энергопотребление, а также значительно сужается частотный диапазон, необходимый для работы такой сети.
У всех существующих на сегодняшний день решений для беспроводных систем домашней автоматизации есть как свои достоинства, так и свои недостатки.
ZigBee – открытый стандарт, разрабатываемый институтом IEEE, специально для сетей сенсоров небольшого радиуса действия. В открытости ZigBee есть свои плюсы – в адаптации и разработке микросхем и аппаратных решений для ZigBee может поучаствовать кто угодно, достаточно лишь изучить соответствующую документацию. Но есть и минусы. Стандарт предполагает, что он может расширяться и дополняться разными производителям для своих собственных нужд. Из-за этого на рынке присутствует множество устройств, которые зачастую могут быть не совместимы между собой.
Другая перспективная технология — Bluetooth Low Energy – еще в стадии окончательной доработки. На рынке уже есть решения, основанные на этом физическом протоколе – но их число пока не позволяет говорить о полноценном развитии BLE в качестве широкой платформы для «умных домов».
Также есть продукты, которые используют обычную домашнюю Wi—Fi сеть для связи центрального контроллера (или облачного сервиса для управления «умной квартирой»), датчиков и сенсоров. Однако у них есть ряд недостатков: такие устройства более энергоемки и требуют более частой смены батареек, но самый главный из них – из-за особенностей физического уровня стандарта 802.11, присутствие низкоскоростных устройств (как правило датчики и актуаторы используют стандарт 802.11g) в сети понижает общую скорость работы беспроводной сети, которая предназначена для работы на больших скоростях и к которой подключены домашние ПК, ноутбуки, телевизоры и т. п.
Наиболее «рыночная» и удобная в использовании на текущий момент – технология Z-Wave. Получить больше информации по теме умных домов на moy-domovoy.ru.