Александр Макаренко
В середине прошлого столетия состоятельные жители американского континента задумались над тем, как сделать свою жизнь комфортнее. Основной идеей было: создание системы, с помощью которой можно управлять различными электроприборами по одному кабелю. Однако с такими темпами развития технологий, какие были в то время, тогдашний «Умный дом» считался уже устаревшим, едва заканчивалось строительство здания. Дело в том, что кабельная система не успевала за развитием технологий обработки и регистрации информации, компьютерной системы, телефонной, а также и за системой безопасности.
С чего все начиналось
1978 год можно считать годом рождения современного «Умного дома» - «Smart Home», поскольку история «Умного дома», такого, каким мы его знаем сегодня, началась именно в тот год. На развитие системы «Умного дома» были выделены по тем временам огромные деньги, ведь развитие выглядело весьма и весьма прибыльным. Тогда и была запущена идея управлять различными системами и датчиками через электропроводку дома. Однако еще долгое время распахивающиеся двери и свет, включающийся по хлопку, шокировали гостей…
Все началось с реализацией технологий по управлению электроприборами компаниями Х10 USA и Leviton. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110 В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России. Впрочем, Х10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием.
Для создания интеллектуального дома этого явно недостаточно. Для удобства и комфорта производители и разработчики пошли дальше и «приручили» системы аудио - и видеотрансляций, системы безопасности и оборудование жизни обеспечения. В поисках путей решения всех этих задач многие производители объединились в Ассоциацию электронной промышленности (EIA), которая занимается развитием стандарта шины бытовой электроники CEBus (Consumer Electronic Bus), утвержденного в 1992 году. На данный момент протокол связи является открытым, и любая компания может производить оборудование, использующее коммуникационный протокол CEBus (управляющий сигнал передается по проводам бытовой электросети (ПО В), витой паре или коаксиальному кабелю в радиочастотном или инфракрасном диапазоне).
Для управления различными устройствами можно выбрать наиболее удобную среду передачи: осветительными приборами – по электропроводке, видеооборудованием – по коаксиальному кабелю, кондиционерами и цифровыми устройствами – по витой паре. ИК-лучи и радиосигналы вообще универсальны. Исполнительные устройства или узлы домашней сети взаимодействуют между собой через роутеры, коммутаторы и мосты (data bridges), соединяющие различные носители сигналов и данных. Основным преимуществом CEBus по сравнению с Х10 является скорость обмена данными, достигающая 10 кбит/с, независимо от типа носителя. Она обеспечивает необходимую быстроту реакции системы и непродолжительное время активного состояния узлов.
«Умный дом» сегодня
В наши дни подобными фокусами с освещением уже не удивить обывателей. Дом становится все «умнее» и … доступнее кошельку.
Управляется «Умный дом» при помощи различных пультов управления или с любого сотового телефона или даже через Интернет.
Как комплексное решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно. Бурно развивающаяся информатика позволила форсировать эти работы, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства.
Программное обеспечение контроллеров или сервера позволяет контролировать климат (поддерживать установленный уровень температуры и влажности в том или ином помещении), водоснабжение (контроль состояния труб или давление в них), управлять освещением в здании, устанавливать параметры безопасности (постановка и снятие с охраны по определенному сценарию реакций систем) и развлекаться, не прилагая особых усилий. В помещениях устанавливаются контрольное оборудование, передающие информацию на главный модуль или контроллер, который изменяет «параметры» дома в зависимости от внешних условий.
Например, освещение управляется при помощи сенсоров, которые реагируют на движение, освещенность (фотореле) в той или иной зоне, а так же управление освещением, включая и выключая, с помощью извещателя присутствия. Это очень удобно, если в доме много комнат и подсобных помещений, а так же для управления наружным освещением.
На дворе стало гораздо теплее, а отопление все еще работает? Или, наоборот, на улице трещат морозы, а отопительный сезон никак не соизволит начаться? Благодаря «Умному дому» отопительный сезон может начаться гораздо раньше в зависимости от температуры в доме и на улице.
При помощи системы контроля можно менять температуру и влажность в доме по своему усмотрению. А еще эта система пригодится, когда необходимо уехать на какое-то время, и дома никого не остается. Тогда в помещении установится экономичный режим с низкой температурой или отопление отключается вовсе. О своем возвращении жильцы сообщают через Интернет или по телефону, и климат в доме возвращается к привычной температуре и влажности – это экономит деньги и удобство.
В случае проникновения в дом система оповестит по телефону или отправит SMS-сообщение, а еще включит сирену, чтобы отпугнуть воров. Может заблокировать отдельные участки (двери или окна), имитировать присутствие людей или животных в доме, но самое распространенное и удобное блокирование воров внутри дома с помощью автоматических рол ставней на окнах и входных дверях.
Развлечения хозяев теперь тоже входят в сферу обязанностей «Умного дома». Ранее нельзя было отнести эти системы к «Умному дому».
Мультирум – это система, при помощи которой можно слушать музыку, регулировать громкость, производить выбор источника информации (FM – радио, CD, MP3, iPad DVD или даже Blu-Ray) и проводить другие операции, находясь в любой части дома, не важно, где именно установлена аппаратура. Огромное преимущество данной системы – отсутствие видимых проводов и колонок, что весьма удобно при наличии детей и домашних животных. Да и выглядит впечатляюще: звук вроде бы везде, но источника звука не видно. Управлять системой можно с помощью настенных панелей или пультом дистанционного управления. А самое главное и удобное, что все центральное оборудование устанавливается в одном помещении и не требует установки его во всех помещениях и громоздить тумбы с аппаратурой и множество проводов идущим к ним. Устанавливается лишь пульт управления, который осуществляет управление всеми системами сразу.
Все эти системы без центральных контроллеров управления являются лишь железками. Ведущие производители в данной области предлагают широкий спектр контроллеров под различные задачи и нужды заказчика.
В основном на рынке автоматизации можно встретить как немецких, так и американских производителей оборудования. Основные поставщики центрального оборудования – ABB, Siemens, Honeywell, GE. Данные производители выпускают как самостоятельные контроллеры, так и контроллеры, работающие под управлением центрального контроллера по принципу Master – Slave. Для удобства работы и монтажа производители стали выпускать контроллеры с полноценным LAN портом и протоколом и еще и с Web интерфесом.
Для управления системами развлечения (мультирум, аудио – видео трансляция) используют так же контроллеры, но уже других производителей – AMX, Crestron, Kramer. Производители данного типа оборудования заняли свою нишу и поставляют на рынок матричные коммутаторы, магистральные и усилители разветвители сигнала, скалеры и многое другое оборудования коммутации и управления. Пульты управления производителей позволяют управлять как своим оборудованием, так и оборудованием автоматики жизнеобеспечения.
Основы технологии системы
Под термином «Умный дом» обычно понимают интеграцию в единую систему управления зданием следующих систем:
- Систему отопления, вентиляции и кондиционирования;
- Охранно-пожарную сигнализацию, систему контроля доступа в помещения, контроль протечек воды, утечек газа;
- Систему видеонаблюдения;
- Сети связи (в том числе телефон и локальная сеть здания);
- Систему освещения;
- Систему электропитания здания (АВР, промышленные ИБП, дизель-генераторы);
- Автоматика въездной группы (открытие/закрытие ворот, шлагбаумов);
- Управление с различных мест здания аудио-, видеотехникой, домашним кинотеатром – мультирум;
- Телеметрия - удаленное слежение за системами:
а) IP-мониторинг объекта - удаленное управление системами по сети Internet;
б) GSM-мониторинг - удаленное информирование об инцидентах в доме (квартире, офисе, объекте) и управление системами дома через телефон (в некоторых системах при этом можно получать голосовые инструкции по планируемым управляющим воздействиям, а также голосовые отчеты по результатам выполнения действий);
- Удаленное управление электроприборами, приводами механизмов и всеми системами автоматизации.
Электронные бытовые приборы в умном доме могут быть объединены в домашнюю Universal Plug’n’Play - сеть с возможностью выхода в сети общего пользования.
На сегодняшний день технологии позволяют строить домашнюю автоматизированную систему не взаимосвязанных между собой элементах - выбирать только те функции умного дома, которые действительно нужны. Модульная структура позволяет создавать системы невысокой стоимости.
Протоколы и системы «Умного дома»
LanDrive - наиболее доступная на сегодняшний день платформа для построения шинных распределенных систем управления внутренним и уличным освещением, силовыми нагрузками, электроприборами, а также такими системами, как отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа и протечек воды. Также возможно управление аудио- и видеотехникой, домашними кинотеатрами, жалюзи, ролставнями, шторами, воротами, насосами, двигателями. В основном система ориентирована на применение в составе «умного дома», но в последнее время все чаще применяется в системах учета и сбережения энергоресурсов, контроля доступа, охранно-пожарных системах.
LCN - немецкая система применяется, как для домашней, так и для промышленной автоматизации. Распределенное интеллектуальное управление различными системами. В качестве среды передачи используется обычный электрический провод сечением жил не менее 1,5 мм2. Реализовано управление оборудованием различных систем и производителей. Оптимальное соотношение цена/возможности.
iRidium Mobile - программный комплекс для управления системами умный дом с мобильных устройств Apple - iPhone, iPad, iPod touch или любых устройств под управлением семейства Windows.
BPT - система домашней автоматизации с распределенным интеллектом, использующая закрытый протокол передачи данных. В качестве шины используется обычная витая пара UTP. Реализуется управление освещением, домашней автоматикой, кондиционированием, отоплением, инженерной и охранной сигнализацией, домофонией. Основные мотивы выбора данной системы - низкая стоимость оборудования, простота монтажа и пуско-наладки. Система совместима с любыми типами электроустановочных изделий.
MyHome SCS - Интегрируется посредством OpenWebNet-шлюза с системами от различных производителей.
EIB/KNX (European Installation Bus - «Европейская инсталляционная шина») протокол используется производителем ABB.
LON (LonWorks) – самый распространенный протокол управления и автоматизации частного и промышленного назначения. Поистине интеллектуальную систему создала компания Echelon, предложив протокол LonWorks. Интеллектуализация каждого узла сети управления обеспечивается микропроцессором Neuron 3120, 3150 Chip или более мощным микроконтроллером Motorola 68H360, микросхемами, сконструированными в Echelon и выпускаемыми корпорациями Motorola и Toshiba. LonWorks, известный также как LonTalk, представляет собой семиуровневый коммуникационный протокол, поддерживаемый многими процессорами. Эта система позволяет хранить базу данных настроек и мониторинга различных сенсоров на компьютере и при наступлении определенных событий соответствующим образом реагировать на них. Доступ к сети может осуществляться как с помощью Ethernet, так и модемных линий. После этого было создано программное обеспечение Intellect, поддерживающее базы данных LonWorks.
UBI (Универсальный шинный интерфейс). Данный интерфейс обеспечивает комбинированную передачу по витой паре (UTP, FTP) сигналов управления умным домом, сигналов Ethernet (компьютерная сеть, цифровое видеонаблюдение, цифровое телевидение и телефония, Интернет). Своими идеей и корнями уходит к концепции взаимодействия открытых систем на базе международной многоуровневой модели ISO OSI. В будущем все здания станут интеллектуальными, и будут объединены между собой. По мнению большинства специалистов, модель взаимодействия открытых систем OSI идеально подходит для объединения в единое целое решений и технологий различных производителей электронного оборудования, будь то электроника стиральной машины, домашнего кинотеатра, системы вентиляции здания или легкового автомобиля.
Уже сейчас многие производители (например, Legrand) оборудования для инженерных сетей интеллектуальных зданий предпринимают немалые усилия по унификации кабельных систем под разные технологии и разное назначение. Введено понятие «Оптимальных сетей». В правильно спроектированном интеллектуальном здании структурированные кабельные системы и оборудование автоматизации здания не зависят друг от друга. Конечному пользователю не нужно заботиться о том, чтобы в конкретном месте была телевизионная розетка или телефонная.
Кабельные системы универсальны и унифицированы. То есть назначение для розетки можно придумать потом. Также потом можно выбрать и конечную реализацию системы автоматизации (будь то EIB, C-BUS, X-10 или что-либо еще). Существуют и получают распространение технологии динамического управляемого «переключения» назначения конечных точек подключения (например, розеток). За доли секунды телефонная розетка превращается в телевизионную. Пользователю лишь остается переткнуть соединительные кабели в другое конечное оборудование (поменять телефонный патч-корд на телевизионный).
C-Bus (protocol) - протокол для домашней автоматизации, а также автоматизации зданий, спортивных сооружений и т. д. C-Bus - это система с распределенным интеллектом (без центрального процессора), использующая кабель 5-категории (Cat.5), длина которого в одном сегменте может составлять 1000 м. Таких сегментов в одну систему можно объединять до 255. В сети используется 36 В переменного тока. Протокол C-Bus используется в Австралии, Новой Зеландии, Азии, на Ближнем Востоке, в России, США, Южной Африке, Великобритании и других частях Европы, включая Грецию, Прибалтику, Румынию и другие страны. В США C-Bus представлен под маркой «SquareD Clipsal». Протокол C-Bus был создан Clipsal Integrated Systems для использования в системах домашней автоматизации и системах управления освещением зданий.
Helvar - для систем управления освещением использует протокол DALI и DSI.
AMX - система домашней автоматизации одноименной компании. Централизованная. Протоколы закрытые. Изначально применялись собственные шины передачи данных. Новые линейки оборудования AMX используют для передачи стандартные протоколы Ethernet, Wi-Fi и Zigbee. Имеет шлюзы для сопряжения с другими системами (EIB, LON и др.).
Crestron - протокол управления систем автоматизации и мультимедийными системами. Разработан компанией Crestron (США). Протокол закрытый. Основной конкурент - AMX (США). Имеет расширенные дизайнерские пульты управления и множество вариантов цветовой гаммы.
X10 - протокол управления электроприборами. Сигнал передается по электрическим проводам либо в радиодиапазоне. Недостатки - низкая скорость передачи информации и помехозащищенность, проблема ложного срабатывания, отсутствие обратной связи приемника с передатчиком, возможны конфликты устройств X10 разных производителей и несанкционированный доступ к устройствам X10 по электросети.
Z-wave - запатентованный беспроводный протокол связи, разработанный для домашней автоматизации, в частности для контроля и управления на жилых и коммерческих объектах. Технология использует маломощные и миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в бытовую электронику и различные устройства, такие как освещение, отопление, контроль доступа, развлекательные системы и бытовую технику.
LUXOR - система локального управления освещением и климатом. Используется обычный электрический кабель и выключатели. Система производится Theben AG. Протокол закрыт. Основные мотивы выбора данной системы - низкая стоимость оборудования, простота монтажа и пуско-наладки. Система совместима с любыми типами электроустановочных изделий.
Smart Bus - шина, разработанная в Канаде. Данная система умный дом является идеальной в сочетании отношения цена-качество.
ONE-NET - открытый протокол беспроводной сети передачи данных, разработанный для целей автоматизации зданий и управления распределенными объектами.
R-BUS – шина, разработанная совместно российским и китайским предприятиями с открытым протоколом передачи данных, предназначена для автоматизации больших и малых сооружений.
DOMINTELL - централизованная система домашней, офисной и гостиничной автоматизации. Использует интерфейс RS485 для обмена данными между модулями. Имеются шлюзы Ethernet TCP, UDP, RS232, B&O, DMX(управление светом). Открытая система команд управления «Light Protocol». Была разработана в 1999 году в Бельгии.
1-Wire - технология, которая позволяет связать многие датчики и приборы в одну сеть, управление в которой на себя берет персональный компьютер. Для передачи данных в такой сети используется всего один провод. Отличается дешевизной и простотой установки.
Home Sapiens - система умного дома управляемая голосом.
Систему «Умный дом» можно назвать системой «Автоматизации и диспетчеризацией здания», так как управление инженерным оборудованием относиться именно к этому разделу безопасности здания, и так же и к разделу проектной документации Системы мониторинга инженерных систем (СМИС).
Выводы
Есть ли недостатки у этих современных технологий? Недостаток, пожалуй, лишь один: нельзя бесконечно увеличивать количество подключенных устройств, т.к. это влияет на скорость работы системы. Время от времени придется корректировать или менять всю систему «Умного дома» для того, чтобы подключить новые модули.
Высокую стоимость датчиков и систем также можно было бы назвать недостатком, если бы они не позволяли сократить затраты на отопление и электроэнергию, не заменяли бы целый штат охранников и не сохраняли наши силы, нервы и деньги.
Главное, что история на этом не заканчивается. Многие разработчики вкладывают деньги в дальнейшее развитие существующих систем, да и появляются на рынке и новые игроки. Можно сказать, что мы находимся на пике развития данного сегмента безопасности, комфорта и развлечения в доме.
