Рис. 1.1. Контроллер с таймером и внутренней памятью для работы без ПК
И те и другие находят своих покупателей: кому-то достаточно того, чтобы гардины по утрам закрывались, а кому-то нужно, чтобы и кофеварка включилась вовремя, и глазок зарегистрировал звонящего в дверь. Да и фирма-производитель тоже имеет значение: наиболее известные фирмы, разрабатывающие оборудование для «умного дома», – X10, INSYTE Electronics, York, Smarthome, Leviton, Speakercraft, NuVo, Middle Atlantic, Visonic, Applied Digital (Ocelot, Leopard) и др. Конечно же, и по стоимости эти устройства значительно различаются.
Кроме более сложных контроллеров, существуют так называемые интерфейсы, которые могут только получать сигналы от управляющих устройств или быть двусторонними или двунаправленными (такие интерфейсы умеют и посылать, и принимать сигналы X-10). Интерфейсы (рис. 1.2) необходимы для совмещения управляющих устройств X-10 с исполнительными. Они используются в двигателях жалюзи, механизмах дверей и ворот, всевозможных датчиках, охранно-пожарных сигнализациях, контроллерах полива газонов и в других подобных устройствах. Интерфейсы, как и контроллеры, могут подключаться к персональному компьютеру или работать автономно.
Рис. 1.2. Модуль двустороннего интерфейса
При подключении к компьютеру контроллеры и интерфейсы можно программировать. Для этого существует множество приложений – как платных, так и бесплатных.
Разнообразие датчиков на сегодня огромно: датчики движения, датчики дыма, датчики влажности, температуры, освещенности, датчики газа, протечки и т. д. Чаще всего для «умного дома» используются следующие:
□ датчики температуры (рис. 1.3) – для установления комфортного температурного режима в квартире;
Рис. 1.3. Датчик температуры
□ датчики освещенности (рис. 1.4) – для включения и выключения света в доме в зависимости от освещенности на улице;
Рис. 1.4. Датчик освещенности
□ датчики движения (рис. 1.5) – чтобы включать или выключать свет в прихожей, ванной, туалете, а также для распознавания движения у входной двери;
Рис. 1.5. Беспроводной внешний датчик движения
□ датчики влажности (рис. 1.6) – для настройки полива газонов в зависимости от погоды, для включения вентилятора в ванной комнате;
Рис. 1.6. USB-датчик температуры и влажности
□ датчики протечек и утечки газа (рис. 1.7) – для распознавания аварийной ситуации;
Рис. 1.7. Датчик утечки воды, посылающий беспроводной сигнал
□ датчики дыма (рис. 1.8) – для включения вентиляции в помещении или для начала противопожарных действий.
Рис. 1.8. Датчик дыма с передачей сигнала в случае аварийной ситуации
Чтобы объединить всю вашу технику в единую сеть, не нужно тянуть все провода в один узел, паять грандиозные устройства или закупать дорогостоящее оборудование. Многие производители сегодня предлагают универсальные пульты управления (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Программируемый универсальный пульт управления, способный работать с 40 устройствами
Универсальные – потому что управлять они позволяют практически всей имеющейся в доме аппаратурой. И даже не только той, что есть, а и той, которую вы только планируете приобретать. А если такой универсальный пульт не знает, как себя вести со слишком уж устаревшим прибором или самодельной техникой, его всегда можно «натренировать» вести себя так, как нужно вам. В дальнейшем универсальный пульт сможет управлять и аудио-, и видеотехникой, и освещением, и жалюзи, и вообще всем, что включается в розетку и запрограммировано на прием сигнала от него.
1.3. Технологии
Стоимость практически всех технологий для построения «умного дома» достаточно велика. Но ведь и платим мы за комфорт и дальнейшее уменьшение стоимости бытовых нужд. Конечно, наиболее удобной была бы система, построенная на основе IP-протокола.
Ведь такие системы достаточно легко настраиваются при помощи обычного компьютера. Да и компьютерные сети развиваются быстро, так что запрограммировать действия дома удаленно было бы наиболее удачным решением. И все же пока такие системы требуют значительных средств. Исключением среди дорогостоящих систем является технология X-10, с которой мы и начнем.
X-10
Самая распространенная на сегодняшний день технология для построения «умного дома» – X-10. Она появилась еще в начале 80-х годов прошлого века и стала первой системой, сделавшей возможной наиболее простую автоматизацию дома. При нажатии одной кнопки происходит сразу несколько событий, а не одно, как мы привыкли. То есть одной кнопкой можно включить, например, микроволновую печь, чайник и свет в столовой. Также команды для действий системы могут подаваться датчиками движения, освещенности, влажности и т. д. Более того, все, что необходимо связать в систему под единым управлением, интегрируется в нее за считанные часы.
Подаваемые с пультов управления или контроллеров сигналы принимаются исполнительными модулями: выключателями, регуляторами, реле, приводами. Этими модулями оснащается каждый элемент, который включается в систему.
Работает эта система при помощи обычной электропроводки (220 В, 50 Гц), по которой передаются информационные сигналы. Именно поэтому X-10 настолько распространена – ведь не нужно строить ничего лишнего или прокладывать новые кабели, все и так присутствует в наших домах.
ИНТЕРЕСНО
Впервые формат стандарта X-10 был представлен в 1978 году. С тех пор эту технологию используют для систем управления зданиями многие компании (в том числе General Electric, RCA, IBM, Philips, Magnavox, Gemini, Leviton, Radio Shack, ATI, Black & Decker и др.), а количество устройств, проданных за это время, уже перевалило за сто миллионов.
Торговая марка X-10 принадлежит американской корпорации, основанной в Сиэтле. Название она унаследовала от протокола передачи данных.
Технология X-10 построена на принципе самообучения: при нажатии на кнопку дольше обычного система входит в режим обучения. Подобный выключатель изображен на рис. 1.10. Владелец зажигает свет или выключает необходимые приборы, а выключатель все это запоминает. Затем этот выключатель сможет проделать эту же последовательность действий уже сам, без помощи хозяина. Таким способом настраиваются различные программы, будь это «уборка», когда включается весь имеющийся свет в доме, или «кинотеатр», когда весь свет гасится, а экран готовится к просмотру фильма.
Рис. 1.10. Программируемый переключатель освещения X-10
X-10 не требует наличия центрального процессора: каждое устройство получает индивидуальный адрес, по которому его найдет отправленная с пульта команда. И все же центральный процессор не повредит. Если у вас есть компьютер, вы можете использовать его в качестве такого устройства. Для связи компьютера с модулями X-10 существуют специальные программы (рис. 1.11). Интересно, что все время включенным компьютер держать необязательно: модули и так запомнят и выполнят необходимые команды. Телефон также можно включить в систему. В таком случае отдавать команды и получать информацию можно будет, просто позвонив по телефону.
Рис. 1.11. Программа Indigo для управления модулями при помощи компьютеров
Наращивание и изменение модулей X-10 можно производить практически постоянно. Причем любой модуль начинает работать сразу после установки. А это значит, что вы можете заставить ваш дом «умнеть» постепенно: сначала установив пульт и один модуль, затем еще один, затем еще… Так, глядишь, со временем можно выстроить целую систему, управляющую домом.
Кроме прочих достоинств X-10 можно назвать ее низкую стоимость. На сегодняшний день системы, построенные на этой технологии, наиболее дешевы. Правда, профессионалы считают, что X-10 дискредитирует понятие «умный дом», так как электросеть не всегда достаточно надежна, а для действительно «умного дома» этот пункт очень важен.
Недостатков у технологии X-10 тоже достаточно. Во-первых, из-за передачи сигналов по электросети скорость их передачи достаточно низка. Во-вторых, организация более сложных систем затруднена из-за недостаточных возможностей обратной передачи информации от электроприборов. Следовательно, очень сложную систему лучше все-таки строить на основе других технологий. В-третьих, существует ограничение на количество управляемых групп – до 256. Еще один недостаток – при использовании трехфазных сетей в доме или квартире, то есть при использовании мощных проточных водонагревателей или подобной техники, возможны проблемы. Впрочем, этот недостаток легко исправляется при помощи установки повторителей сигнала и фильтров. Некоторые импульсные блоки питания, используемые в компьютерах, спутниковых ресиверах и т. п., а также люминесцентные лампы глушат сигнал X-10 – это также исправимо при помощи установки соответствующих фильтров. Последний и самый, пожалуй, забавный недостаток X-10 – это, как ни странно это звучит, соседи. Если ваш сосед установит у себя дома систему X-10, ваша техника случайно может начать получать сигналы из его сети, а следовательно, начнет делать то, что вы не заказывали (и наоборот: вы получите возможность управлять чужими устройствами). Однако и это «лечится» установкой специальных фильтров. Так что возможного риска несанкционированного доступа по электросети к устройствам X-10 можно не бояться, если организовать все правильно.
Впрочем, для наших целей технология X-10 подойдет в самый раз. Мы не собираемся полностью отдаваться на волю технологического разума, так что X-10 нас вполне удовлетворит.
Впрочем, коснемся и остальных технологий.
C-Bus
C-Bus является одной из распределенных систем управления «умного дома». Каждый программируемый контроллер этой системы может «обучаться». Сеть таких контроллеров может управлять домом, а контроллеры присутствуют во всех звеньях системы: выключателях, датчиках, диммерах и т. д. Каждое звено системы оснащено памятью, не повреждающейся при сбоях в подаче электроэнергии. Это делает систему, построенную на шине C-Bus, особенно надежной. Именно поэтому на основе C-Bus построены наиболее сложные и безопасные системы.
ИНТЕРЕСНО
C-Bus является основным брендом компании Clipsal. Эта система была установлена на главном стадионе Сиднея, построенном к Олимпиаде 2000, в Доме оперы Сиднея (Sydney Opera House), на манчестерском стадионе (Manchester Commonwealth) и McLaren Mercedes. Другие пользователи этой технологии – знаменитые музеи, стадионы и самые грандиозные сооружения в мире.
В качестве передаточного звена для управления в C-Bus используется неэкранированная витая пара информационного кабеля. Информация посылается от переключателей или панелей управления через шину C-Bus к соответствующим активным блокам-реле.
Еще одно отличие и достоинство C-Bus – то, что эта система позволяет управлять домом на расстоянии без наличия сервера. Контроллер с постоянным IP-адресом подключается к сети Интернет и к «умному дому», и все это связывается IP-интерфейсом. На этот интерфейс и посылаются команды с удаленного телефона или компьютера, при этом «слушаться» он будет только хозяина.
Система C-Bus позволяет объединять до 100 устройств в одной сети и 255 сетей в одной системе.
Технология C-Bus особенно распространена в Великобритании, Австралии и Азии. В последнее время у нас в стране эта технология также становится популярной.
EIB (European Installation Bus)
Технология EIB (European Installation Bus), как и C-Bus, также является децентрализованной. Соответственно своему названию, она наиболее часто используется в Европе. Для этой системы параллельно с силовой проводкой прокладывается витая пара, которая является управляющей шиной. К ней подключаются все устройства, и через нее поддерживается связь между устройствами, включенными в систему. Все устройства связываются друг с другом без какой-либо структуры или иерархии, а также без контролирующих приборов. Необходимая информация передается от передатчиков сериями сигналов, которые через шину подаются сразу на все приемники. И хотя переданную информацию получают все принимающие приборы, реагируют на нее только те, которым эта информация адресована.
Если приемник не реагирует, то есть не подтверждает получения данной информации, передача повторяется до трех раз. После этого попытки передачи прекращаются, а запоминающее устройство фиксирует информацию о неисправности в данном сегменте. В случае же, если сигнал проходит, приемник посылает подтверждение об этом на передатчик. Информация передается асинхронно и последовательно и имеет приоритеты сообщений. Таким образом, система хорошо защищена от ошибок, а технология EIB считается достаточно надежной.
Несмотря на то что технология EIB является распределенной, на ее основе можно собрать систему с централизованным управлением: управляющий процессор подключается к шине в любом месте. На сегодняшний день EIB-протокол может работать с радиоканалом, с инфракрасным каналом, с силовой проводкой (1200/2400 бит/с при 230 В, 50 Гц), а также осуществлять передачи по витой паре (со скоростью до 9600 байт/с).
Для системы, построенной на основе EIB с использованием витой пары, существуют ограничения. Например, длина линии не должна превышать 1 км, а расстояние между двумя компонентами должно быть не больше 0,7 км. Кроме того, расстояние между источником питания и любым устройством должно быть не более 0,35 км. В одну сеть может быть объединено не больше 64 компонентов, а 15 сетей могут быть объединены в одну зону. Обмен информацией по силовой проводке предполагает до 255 логических и до 32 767 физических адресов. Скорость передачи информации по силовой линии – до 1200 бит/с.
Технология EIB поддерживается такими производителями, как Siemens, Gira, ABB, Hager, Marten и т. д.
LonWorks
Системы, построенные по технологии LonWorks, по своей сетевой структуре похожи на EIB. Однако благодаря возможности программирования встроенного контроллера LonWorks позволяет реализовывать более сложные проекты. Информация в сети передается только тогда, когда происходят какие-либо изменения, например меняются внешние условия или на устройства поступает сигнал с пульта управления. Таким образом сеть избавлена от перегрузок.
Система управления LonWorks реализуется при помощи управляющей сети LON (Local Operating Network), имеющей минимальное количество уровней иерархии. Определенного центрального, ведущего устройства такая система не имеет (Master). Ядро сети LonWorks – микропроцессор Neuron, в который включены 3 восьмибитовых микропроцессора, 11 контактов ввода-вывода и встроенная память. LonWorks может объединять до 127 LON-узлов в каждой подсети и до 255 подсетей в домене.
Технология LonWorks была разработана американской компанией Echelon с целью автоматизировать промышленные и транспортные системы, а также общественные учреждения и здания. Сейчас эта технология используется в основном для построения распределенных систем с большим количеством узлов, отдаленных друг от друга. Наибольшее распространение технология получила в США.