Умный дом (также называемый домашняя автоматизация) придает новые возможности управления и использования бытового оборудования в жилых и общественны зданиях, в частности, через электронные средства связи, которые неотступно окружают нас последнее десятелетие. Термин "Умного дома" может быть использован только к жилым задниям, в отличие от более емкого понятия "Автоматизация зданий", которая больше относится к промышленной эксплуатации, автоматического или полуавтоматического управления освещением, управление климатом, системами охраны и наблюдения. Протоколы, используемые в домашней автоматизации, полностью соответсвуют протоколам автоматизации зданий, выполняя задачи контроля домашних развлекательных систем, полива комнатных растений, кормления домашних животных, "сцены" для различных событий (например, обед или сон), но при этом реализации в случае домашней автоматизации являются более экономными и менее функциональными..

Как правило, автоматизацию легче выполнить в ходе строительства дома, так как легко можно внести изменения на этапе строительства. Также рекомендуется использовать несколько технологий передачи, например, проводная и беспроводная, для дальнейшего более легкого расширения и устранения недочетов, появившихся в процессе эксплуатации. Беспроводные системы обычно устанавливаются для уже существующих домов, так как Вы избавляетесь от необходимости делать крупные структурные изменения в кабельной сети. В этом случае беспроводное оборудование управляется с помощью радио-или инфракрасных сигналов центральным контроллером.

История появления

Домашняя автоматизация существует со времен первой мировой войны. Пульт управления для телевидения впервые был запатентован в 1893 г., а устройства дистанционного управления были впервые использованы немцами в Первой мировой войне для управления моторных лодок. С этого момента, эволюция контроллеров автоматики росла и продолжает расти и по сей день.

В развитых странах, в гостиничных номерах с помощью камер видеонаблюдения идентифицируется личность человека и при входе постояльца в помещение умный дом устанавливает соответствующее освещение, температуру, включает музыку или телевидение с учетом дня недели, времени суток и других факторов для конкретного человека с учетом его желаний.

Также система контроля и управления может переводить режим работы кондиционера на энергосберегающие параметры, когда в номере никого нет, и восстановить нормальные параметры при возвращении. Более сложные системы могут поддерживать инвентаризацию товаров, регистрацию их использования посредством тегов RFID, а также подготовить список покупок в автоматическом режиме.

Приведем несколько практических реализаций домашней автоматизации очень распрастраненных в Европе, например, тревогу, когда сработала система пожарной сигнализации, то все огни в доме будет мигать для предупреждения жильцов и соседей. Если дом оборудован системой домашнего кинотеатра, система домашней автоматизации может скрывать в специальных нишах все аудио и видео компоненты, для сохранности при возможном пожаре или краже.

Используемые технологии в домашней автоматизации

Конкретные требования к внутренней проводке и коммуникационным стандартам практически однообразны и походят для INSTEON, X10, PLC BUS, KNX, LonWorks, C-Bus, SCS с OpenWebNet, Powerline, UPnP, ZigBee и Z-Wave, решения которых позволяют контролировать и управлять большинством приложений. Перечисленные стандарты используют различные способы коммуникации: одни передают управляющие данные по витой паре, другие передают сигналы по электросети, третьи используют передачу радио (РЧ) сигналов, а некоторые используют сочетание нескольких методов. Наиболее трудно производить модификацию проводки в уже построенных дома. Для проверки состояния проводки и выявлеия проблем передачи (колизий) в сети используют специальное оборудование. Для соединения различных протоколов и технологий автоматизации используют конверторы протоколов, чаще назваемые мостами. Проблема состоит в том, что за разработкой мостов занимаются те компании, которое продвигают свой протокол автоматизации, поэтому никто не гарантирует полной совместимости с другими производителями. Зачастую такие мосты имеют либо ограниченные фукции (переменные), либо выполняют конвертирование только для регистрации состояний или передачи данных только с одного сегмента в другой.

Технология Среда передачи Скорость передачиМаксимальное расстояние до устройства
Ethernet Неэкранированная витая пара 10 Мбит/с - 1 Гбит/с 100 м
Оптическое волокно 1 Гбит/с - 10 Гбит/с 2 км - 15 км
HomePlug Электрическая проводка 14 Мбит/с - 200 Мбит/с 200 м
Powerline - PLC Электрическая проводка 200 Мбит/с 200 м
ITU-T G.hn Электропроводка / Телефонная линия / Коаксиальный кабель до 1 Гбит/с N/A
HomePNA Телефонная линия 10 Мбит/с 300 м
Wi-Fi / IEEE 802.11 Радио 11 Мбит/с - 248 Мбит/с 30 м - 100 м
FireWire / IEEE 1394 Неэкранированная витая пара / Оптическое волокно 400 Мбит/с - 3,2 Гбит/с 4,5 м - 70 м
Bluetooth Радио 1 Мбит/с - 10 Мбит/с 10 м - 100 м
IRDA Инфракрасная 9600 бит/с - 4 Мбит/с 2 м
C-Bus / C-Bus (Протокол) Витая пара / Электропроводка / Радио / Инфракрасная / Ethernet / Wi-Fi 1200 бит/с - 9600 бит/с 1000 м
LonWorks Витая пара / Электропроводка / Радио / Коаксиальный кабель 1,70 кбит/с - 1,28 Мбит/с 1500 м - 2700 м
INSTEON Электрическая проводка + Wireless 1,2 кбит/с 1000 M + (Электрическая проводка), 50 м + (беспроводной)
X10 Электрическая проводка 50 бит/с - 60 бит/с
Европейская шина автоматизации KNX Витая пара / Электропроводка / Радио / Инфракрасная / Ethernet 1200 бит/с - 9600 бит/с 300 м - 1000 м
EHS Витая пара / Электропроводка 2,4 кбит/с - 48 кбит/с
Batibus Витая пара 4800 бит/с 200 м - 1500 м
Zigbee Радио 20 кбит/сек - 250 кбит/с 10 м - 75 м
Z-Wave Радио 9,6 кбит/с - 40 кбит/с 1 м - 75 м
USB Витая пара 12 Мбит/с - 480 Мбит/с 5 м

Каждая система управления делится на следущие элементы:

  • Аппаратные контроллеры и программное обеспечение
  • Датчики, сенсоры
  • Приводы, исполнительные устройства, актуаторы

Архитектура

С точки зрения того, где распологается интеллект, существуют три различные архитектуры:

Централизованная архитектура: централизованный контроллер получает информацию из нескольких датчиков, и после обработки, создает подает управляющие сигналы на управление приводами.
Распределенная архитектура: универсальные контроллеры системы находятся во всех модулях, расположенных в датчиках и приводах.
Смешанная архитектура: системы с децентрализованным управлением, когда используются несколько зональных контроллеров,получающих и обрабатывающих информацию из нескольких датчиков, после передавая эти данные в другие контроллеры либо устройства, подключенные непосредственно к нему.

Объединение протоколов по используемой среде передачи:

По проводам:

  1. Оптическое волокно
  2. Кабель (коаксиальный, витая пара, телефонный кабель).
  3. Электропроводка, в том числе:
    • INSTEON
    • X10
Wireless: Беспроводная связь:
  1. радиочастотного, в том числе:
    • INSTEON
    • Wi-Fi
    • GPRS и UMTS
    • Bluetooth
    • DECT
    • ZigBee
    • Z-Wave
    • ONE-NET
    • EnOcean
  2. инфракрасные, в том числе:
    • Consumer IR
Оба беспроводных и проводных
  1. INSTEON

Классификация внутренних сетевых технологий по цели использования:

  • Системы связи, для сопряжения различного оборудования:
    • FireWire
    • Bluetooth
    • USB
    • IrDA
  • Системы управления и автоматики сетей:
    • C-Bus (Протокол)
    • Konnex
    • Lonworks
    • X10
    • ONE-NET
    • EIB
    • EHS
    • BatiBUS
    • ZigBee
    • EnOcean
    • SCS BUS - OpenWebNet
  • Передача данных по сети:
    • Ethernet
    • Homeplug
    • HomePNA
    • WiFi