"Умен дом"

идеология или технология?

Много често ни се случва да виждаме малки чудеса, с които сме свикнали в eжедневието. Например, като с вълшебна пръчица се отварят врати при влизане в магазин или се включва осветлението.
За всичко това понякога се използва терминът "умен дом" (intelligent home, smart home). Става въпрос за цяла концепция, обединяваща множество разнообразни устройства в един добре работещ организъм.

Идеята за създаване на „умни” сгради възниква в САЩ. Първите „умни къщи” са собственост на заможни американци. Първоначално се появяват Intelligence Buildings (интелигентни сгради), в основата на които са структурираните кабелни мрежи. Системата позволявала да се комутира и използва един кабел за АТЦ, за компютърната мрежа, за системата за безопасност и т.н. След това се появяват системи с мултиплексирани канали за връзка, които позволяват по един кабел да се предава едновременно различна информация. Бурно развиващата се информатика ускорява тези процеси и всички стигат до извода, че към момента на завършване на строежа на една сграда, всеки проект на кабелна система е вече стар.

Тъй като развитието на това направление е повече от доходоносно, за него се отделят огромни средства, вследствие на което се появява идеята за „умен дом”. За първи път през 1978 г. фирмите Х10 USA и Leviton разработват технология за управление на битовите уреди по кабели на битовата електро мрежа.

Но тази технология била разработена за 110 В и честотност на мрежата 60 Херца, и не била приложима за Европа. Днес Х10 се смята за остаряла система, тъй като е създадена за управление на електроосветителни устройства и поддържала едва шест команди за управление на захранването. За създаването на „интелигентен дом” това е недостатъчно. Аудио- и видеотехниката изискват поне команди за смяна на канала, промяна силата на звука, пренавиване и възпроизвеждане. В търсене на решение на всички тези проблеми, много производители се обединяват в Асоциация на електронната промишленост (EIA), която се занимава със стандартна шина за битовата електроника CEBus (Consumer Electronic Bus), утвърдена през 1992 година. Към момента този стандарт е открит и всяка фирма може да произвежда оборудване, което използва комуникационен протокол CEBus (управляващият сигнал се предава по кабелите на битовата електромрежа, усукана двойка или коаксиален кабел, радиочестотно или в инфрачервения диапазон.

Системи за управление на помещения
Съществуват две категории електронни системи за управление на помещения. Към първата категория се отнасят системи за управление на сгради (building management system). Обикновено тези системи имат централизирано управление и се използват в големи бизнес центрове. Основното предназначение на тези системи е мониторинг и управление на системите за отопление, климатизация, безопасност и др.

В общи линии, системата работи по следния начин. Към централната система се включват множество датчици, които събират различна информация – от температурата на улицата и помещението до скоростта на движение на въздуха във вентилационната шахта. След получаване на показания от тези датчици, системата ги анализира и в зависимост от зададените параметри, приема определено решение.

Бързо се решават и аварийни ситуации: операторът вижда, къде е аварията на монитора и знае къде да изпрати ремонтната бригада. При авария на един от котлите системата автоматично включва резервния и изключва подаването на газ към повредения котел. Само изброените преимущества правят системата изгодно капиталовложение. Но това не е всичко, системата ще се самоизплати за сметка на икономиите от енергоресурси, които тя осигурява. Така например, ако през зимата се затопли, то намаляването интензитета на подгряване, ще намали консумацията на енергия, а ако системата се програмира така, че през нощта отоплението се изключва, когато офисът е празен, и се включва рано сутрин, така че въздухът да успее да се затопли, то икономията ще се усети веднага. Използването на подобни системи позволява да се съкрати обслужващият персонал, тъй като за наблюдението на цялата система е необходим само един човек.

Системите „умен дом” се използват в помещения, където на първо място е комфортът: в обикновения апартамент, в големите офиси. Но най-много „умните домове” се използват при строителството на къщи. И това не е просто прищявка.

Представете си за момент, че трябва да се поддържа комфортна среда в четириетажна къща, във всяка една от стаите, и в същото време да се пести енергия. А ако в един от килерите забравите да изключите осветлението?

Така, автоматизацията е просто задължителна, когато жилището има повече от 3-4 стаи, въпреки че може да се използва и в нормален апартамент. "Умният дом" те кара да се чувстваш в безопасност по всяко време и навсякъде. Удобството се състои в това, че човек не трябва да прави неща, които може да изпълни устройството за автоматизация. Например, когато човек се прибере у дома, устройството включва осветлението, пълни вода във ваната и подгрява вечеря. Но това не означава, че човек става заложник на автоматизацията - той може да поеме контрола на автоматизация, когато е необходимо. Това може да се контролира от пултове, монтирани в стените на стаите. Пултовете могат да бъдат както обикновени (нормални ключове) така и по-сложни, със сензорни екрани. Можете да използвате универсални дистанционни управления, които ви позволяват да управлявате както конвенционалните домакински уреди (телевизори, видеокасетофони), така и осветление, вентилация или отопление. Тя може да се контролира от вашия смарт телефон, PDA или компютър.

Системата също така може да контролира и разхода на ресурси. По този начин, ако датчикът отчете, че в стаята е достатъчно светло, системата изключва ненужното осветление, а в противен случай ще се включи автоматично осветлението дори и през деня. Датчикът за движение ще включи осветлението, когато отидете в килера и таймерът ще го изключи, ако за известно време датчикът за движение не е отчел движение.

Управление на устройства
За управление на различните устройства може да се избере най-удобния за предаване начин: осветителните прибори - по електромрежата, видеооборудването – по коаксиалния кабел, климатиците и цифровите устройства – по усукана двойка. Инфрачервените лъчи и радиосигналите са универсални. Изпълнителните устройства или възли от домашната мрежа взаимодействат помежду си с помощта на рутери и мостове (data bridges), свързващи различни носители на сигнали и данни. Основното преимущество на CEBus в сравнение с Х10 е скоростта на обмен на данни, достигаща 10 кбит/с, назависимо от типа на носителя. Тя осигурява необходимата бързина на реакция на системата и непродължително време за активизиране на състоянието на възлите.

Съвременните системи са напреднали значително: за разлика от Х10 американската система PowerLine или европейската Instabus предлагат комплексни решения и много по-мощни системи за автоматизация.

Технологиите
Към момента технологията Х10 е доста модернизирана и е обединила много съвременни технически решения.

Шината RS-48 (C-Bus, ComBus) е много удобна – позволява свързването на възли с произволна топология, общата дължина на шината достига до два километра, а с удължители и повече. На практика съществуват интерфейси за обмен на данни с всички използвани протоколи (CEBus, LonWorks, DMX512 и дори EIB). Скоростта на предаване на данни е 9600 бод, което е предостатъчно не само за домашна автоматизация, но и за управление на осветлението на концерт. „Интелигентността” зависи от използвания контролер. RS-485 използват контролери Ocelot/Leopard (до 128 модула могат да бътат обединени в мрежа, числото на възлите до 2048, времето за сканиране на устройствата е по-малко от 1 с), HomeVision (от 24 до 224 възела, време за сканиране 120 мс). Към последния порт RS-232 могат да се включат контролери за домашна автоматизация. Най-обикновеният контролер, който може да се „закачи” на СОМ-порта, е СМ17 Firecracker. Той предава сигнали по RFC-протокол, а радиотранслаторите го премат и преобразуват в сигнал по стандарта XI0. Може да се реши и обратната задача – към порта може да се включи МР (JR) 26 и да приеме сигналите RFC от радиодатчиците. Съществува огромно количество различни видове програмно осигуряване за тези устройства, но при Windows не е гарантирана стабилната му работа. Любителите на Linux могат да автоматизират своя дом с помощта на две не много скъпи устройства - Ocelot и Leopard.

За едни от най-прогресивните се смятат две технологии за „умен дом”: американската PowerLine и европейската Instabus. А също така към пазара на „умни къщи” е насочена и фирма Intel с нейните идеи за цифрови къщи. Да разгледаме тези технологии.

Технологията PowerLine е базирана на предаване на сигналите и взаимодействие на устройствата по захранващите електрическите кабели. За технологията Instabus е необходимо полагането на специална шина. Ако устройството е маломощно, то се захранва от тази шина. Мощните устройства получават допълнително захранване от обикновената електрическа мрежа.

Особеност на системата Instabus е децентрализацията на нейните устройства. Това означава, че устройствата не се включват към главен компютър или устройство, а си комуникират директно. Ако всяко устройство си изпълнява своята малка функция и само при необходимост информира за дадено събитие другите устройства, то ще имаме гъвкава и умна система.

По този начин, на човека, който програмира тези устройства, е достатъчно да се зададат прости алгоритми за всяко устройство поотделно, което ще позволи на всички устройства да работят като едно цяло.

Ако управлението на системата е централизирано, то това би създало много проблеми при монтажа и настройките, но затова пък щеше да е по-лесно за експлоатация. Представете си, че за всяко помещение трябва да се напише сложен алгоритъм, в който да се има предвид съвместната работа на всичките устройства.

Затова децентрализираната система е доста популярна. Имайки предвид отсъствието на център, в системата „умен дом”, може да се монтират в неограничен брой помещения, а особеностите на програмиране дават възможност бързо да се зададат еднотипни схеми на работа за всички устройства.

Отделно място в тази система заема компютърът. Както вече стана ясно, той не участва в схемата на непосредствено управление на „умния дом”, но това не означава, че ние не можем да ползваме всичките му преимущества. Компютърът се включва с помощта на специална платка към шината Instabus и може да се монтира специален сензорен екран. Ако сензорният екран се монтира в стената и се скрие компютърът, тогава вие получавате ултра съвременна обстановка.

На компютъра се монтира специално програмно обезпечение. Задачата на това програмно устройство е да показва текущото състояние на устройствата в жилището, а също така и управлението на тези устройства.

Въпреки че компютърът не е задължителна част от системата, неговото използване значително повишава удобството и възможностите за отдалечено управление на устройствата.

Стандартът HomePlug PowerLine 1.0 е приет от алианса HomePlug преди няколко години, но той осигурява предаване на данни по електрическата мрежа със скорост 14 Мбит/с. За сметка на намалената честота максималното разстояние е увеличено до 500 метра. Трябва да напомним, че предаването на данни в дома ще се извършва само по тази фаза, към която е включено HomePlug-устройство.

За да осигурят предаването на данни при тези не прости условия, фирмите от алианса HomePlug, са приели различни алгоритми, осигуряващи предаването на данни, като, например, алгоритми за откриване на грешки, автоматично повтаряне на търсенето, интерливинг и т. н. За осигуряване на защита от несанкциониран достъп се използва 56-битово шифраване на равнище MAC. По този начин мрежата е защитена от злоупотреби.

Адапторите HomePlug PowerLine (Intellon) работят изцяло на апаратно равнище, без драйвери и програмно осигуряване.

Трябва да споменем и още една важна технология, която намира широко приложение през последните години благодарение на разпространението на домашната мрежа HomePNA (HPNA), която позволява предаването на сигнали и съединяването на устройства по телефонната линия. Последната особеност на стандарта HPNA 3.0 осигурява скорост на предаване 128 Мбит/с, поддържа quality of service. Към момента са разработени много устройства, които поддържат както HomePlug, така и HPNA.

Този обзор би бил непълен без да споменем концепцията Digital Home („цифрова къща”), която е представена от фирма Intel. Тази технология е създадена, за да обедини всички цифрови устройства (аудио-видеоплеери, телевизори, музикални центрове) в едно, което обработва всички данни. За целта се използва обикновен компютър.

Устройствата си предават данни по безжичен път. Всяко от тях има хаб, който приема и предава радиосигнали към централния рутер. Тази разработка позволява да се разширят възможностите на цифровите устройства.