ВВЕДЕНИЕ

Современный человек предъявляет очень высокие требования к комфортности среды обитания:

• эстетические (дизайн и стиль интерьера, ландшафта, красота и функциональность окружающих предметов)
• климатические (тепло, холод, чистый воздух)
• общебытовые (вода, газ, электричество, радио, телевидение, интернет, телефонная связь, наличие кухонных машин и систем гигиены саун и ванн)
• требования к безопасности и контролю за ней (безопасность жилища, хозяев дома и их близких)
• требования к надежности сложных систем (компьютеры, домашние кинотеатры, посудомоечные, стиральные машины, СВЧ-печи и др.)

В результате инженерное оснащение квартир и коттеджей неуклонно усложняется, и растет количество устройств, участвующих в формировании этой среды. Возлагать на хозяина жилья управление всеми системами становится неудобно, невыгодно и небезопасно. В связи с этим в последнее время все больше приобретают популярность комплексные интеллектуальные системы управления жилищем, иначе часто называемые системами «Умный дом» («SmartHouse»). Комплексная система управления жилищем берет на себя всю рутинную работу по решению этой запутанной задачи, оставляя человеку только принятие главных, «базовых» решений.

Целью данной работы является разработка проекта интеллектуальной системы управления загородным коттеджем общей площадью около 238 квадратных метров. Для этого необходимо выполнить следующие задачи:

1. Рассмотреть существующие аналоги;
2. Выявить основные принципы построения подобных систем;
3. Определить наиболее подходящие и применить их к рассматриваемому варианту;
4. Разработать структурную схему системы;
5. Разработать пакет моделей для системы;
6. Определить стоимость и экономическую эффективность системы.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Основные термины и понятия

Концепция "умного дома", родившаяся в семидесятых годах прошлого века, была ориентирована, прежде всего, на экономию электроэнергии, которая обходилась, да и по сей день обходится американцам и европейцам очень дорого. В основе концепции лежало размещение в жилом доме различных датчиков (движения, инфракрасных и других), определявших, находится ли кто-нибудь в помещении, что позволяло включать и выключать свет в зависимости от наличия людей в комнате, а также при необходимости регулировать его мощность. По мере развития высоких технологий, концепция стала обрастать дополнительными возможностями.

Умный дом — жилой дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств [11]. Электронные бытовые приборы в умном доме могут быть объединены в домашнюю Universal Plug’n’Play — сеть с возможностью выхода в сети общего пользования.

Понятие «умный дом» было сформулировано Институтом интеллектуального здания в Вашингтоне в 1970-х годах: «Здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства…»

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.

Поскольку развитие данного направления представлялась более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея "умного дома".

Впервые эта задача была решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110 В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России.

Стоит разделять понятия «умный дом» и «системы жизнеобеспечения». Отдельные системы обладают лишь необходимыми интерфейсами управления и контроля. Концепция «Системы интеллектуального управления зданием» предполагает новый подход в организации жизнеобеспечения здания, при котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность управления всех систем эксплуатации и исполнительных устройств здания[4].

Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем различных производителей в единый управляемый комплекс.

Под «умным домом» (intelligent building) следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Английское слово intelligent, буквально означающее «разумный», «понятливый», в сочетании со словом building использовано в значении «гибкий, приспосабливаемый».

«Умный дом» в первоначальном смысле означает «здание, готовое к изменениям» или «приспосабливаемое (гибкое) здание», инженерные системы которого способны обеспечить адаптацию к возможным изменениям в будущем.

Здание проектируют таким образом, чтобы все системы его управления могли интегрироваться друг с другом с минимальными затратами, а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом. Проект обязательно предполагает возможность наращивать и видоизменять конфигурации инсталлированных систем.

Со временем здания обретут «искусственный интеллект». Тогда с полным основанием можно будет называть их интеллектуальными. Системы смогут отслеживать работу и состояние всей «начинки» здания, включая ограждающие конструкции, и самостоятельно принимать решения в изменяющихся обстоятельствах.

Под термином «умный дом» обычно понимают интеграцию в единую систему управления зданием следующих систем:

• система микроклимата;
• система мультирум;
• система управление освещением, шторами, жалюзи;
• система безопасности;
• домашний кинотеатр;
• системы связи (Интернет, телефония, компьютерная сеть);
• система силовой электрики;
• система водоснабжения;
• система канализации;
• любые другие, при необходимости.

Система микроклимата позволяет комплексно контролировать и управлять теми инженерными системами в доме, которые оказывают воздействие на воздух, его температуру и влажность.

Система микроклимата объединяет в себе:

1. вентиляцию
2. кондиционирование воздуха
3. увлажнение
4. теплый пол
5. отопление

Объединяя системы отопления, теплый пол, систему кондиционирования, вентиляции, увлажнения, система микроклимата способна сбалансировать их работу. Выбирая, каким способом, с помощью какой из систем, реализовать ту или иную задачу, система микроклимата опирается на принцип рациональности – она изначально запрограммирована экономить ресурсы, время и деньги.

Система создает индивидуально комфортный для человека микроклимат. Ведь ни для кого не секрет, что только здоровый свежий воздух, приятной для организма температуры, образует ту атмосферу, в которой и продуктивно работается и полноценно отдыхается. Поэтому столь важно автоматически регулировать температуру, влажность и насыщенность кислородом воздуха, чтобы сохранять эту полезную для человека атмосферу.

Мультирум (Multiroom) – система распределения аудио и видео сигналов от различных источников в несколько отдельных зон, удаленных помещений [5].

В определенном месте дома концентрируется вся техника, которая может являться источником аудио и видео – это может быть, например, спутниковый TV-тюнер, радио, компьютерный сервер с цифровыми данными, IPod, DVD чейнджер и тому подобное. Все источники подключаются к специальному ресиверу - с ним связываются все зоны, в которых следует выводить музыку или изображение.

Таким образом, нет необходимости во всех комнатах устанавливать свои источники звука и видео. Сигналы из Multiroom по специальным каналам распределяются по всему дому, и из каждого подключенного к системе помещения можно выбрать один из доступных источников данных.

Можно во всех комнатах вывести на динамики любимую музыку, и перемещаясь из помещения в помещение, слышать ее в идеальном качестве и с комфортной громкостью.

Система управления освещением позволяет организовать включение/выключение и регулировку яркости различных источников света в квартире или доме в соответствии с заданными сценариями. Добиться удобного управления электроосвещением, обеспечить работу групп света по таймеру, датчикам движения и освещенности. Кроме того, интеллектуальное управление светом позволяет оптимизировать пользование световыми приборами, что в свою очередь приведет к сокращению электропотребления (от 15 до 35 % экономии) и  увеличению срока службы ламп в световых приборах.

Источниками света в интерьере любого помещения могут быть не только естественное освещение, люстры и всевозможные бра, но и специальные осветительные элементы, приборы, позволяющие организовать подсветку определенных зон в интерьере. Очень часто эти световые акценты позволяют совершенно иначе представить пространство, реализовать  эффектную задумку дизайнера или архитектора.

Система безопасности для загородного дома может охватывать не только всю площадь здания, но и примыкающую к нему территорию.

Охрана периметра владения осуществляется с помощью специальных датчиков и аппаратуры видеонаблюдения. Другие датчики, аппаратура и контроллеры обеспечивают безопасность внутри дома. В случае несанкционированного доступа или любого иного форс-мажора система отслеживает событие по реакции датчиков (например, датчика открытия двери, датчика повреждения окна, датчика задымления, датчика изменения объема в помещении), оповещает службу безопасности (сигнализирует охране, информирует службы быстрого реагирования и владельца (например, по SMS). Возможен удаленный мониторинг - просмотр записи с видеокамер посредством Интернета.

Система безопасности может иметь несколько режимов:

• жесткий - в отсутствие хозяина,
• умеренный - в ночное время
• нормальный – в дневное время [1].

Возможно программирование любых других режимов и автоматических действий системы, так как она вполне «разумна». Так, например, могут быть весьма актуальны автоматические и отличные друг от друга режимы безопасности для разных этажей здания в ночное время, когда хозяин дома.

Домашний кинотеатр – сочетание комплекса специальной техники и инженерных решений, позволяющих создать в помещении своеобразную атмосферу – «эффект присутствия» зрителя в фильме.  Эта атмосфера достигается за счет грамотного сочетания аудио и  видео аппаратуры, с полным раскрытием ее потенциала, расчета акустических параметров помещения, использования звукоизолирующих, поглощающих и отражающих материалов в отделке кинозала, высококачественного монтажа и профессиональной настройки.

Для просмотра фильмов необходимо лишь вставить в проигрыватель диск, после чего вся техника включится автоматически, самостоятельно выбирая все параметры и настройки. Одновременно с этим, опустится экран, свет уменьшит свою яркость, жалюзи и шторы изменят своё положение, создавая благоприятные условия для домашнего киносеанса. Зрителю останется лишь удобно расположиться в комфортабельном ложе и в полной мере насладиться киноискусством, а также удивительными возможностями интеллектуальных систем.

Связать несколько компьютеров вместе, чтобы они образовали единую информационную базу, сеть, бывает необходимо не только в большом доме, но и в частной квартире, где компьютеров больше, чем один. Сделать это можно классическим способом - через провода и hub’ы или же более современным – беспроводным – по wi-fi. В первом случае необходимо, чтобы провода и аппаратура были максимально скрыты, во втором необходимо еще и учитывать архитектурные особенности и площадь, на которой необходимо получение четкого и без помех сигнала с другого компьютера. При этом, чаще всего требуется, чтобы все компьютеры сети получали такой же четкий и без помех сигнал от источника Интернета (точки доступа).

Система телефонии особенно актуальна в загородном доме, где часто организуется система распределения аудио- и видео-сигнала, активно используемая как интерком и домофон.

Система силовой электрики – услуга, которая включает в себя следующие составляющие:

• подготовку предпроектной документации, получение технических условий
• разработку проекта электрики
• согласование проекта в соответствующих государственных структурах
• авторский надзор за строительно-монтажными работами
• монтаж и сервисное обслуживание.

Скачки напряжения, недостаток мощностей и отключение электричества - это то, что необходимо предусмотреть и, по возможности, нейтрализовать при проектировании электрики.

Скачки от входящего тока возможно нейтрализовать используя стабилизаторы нагрузок с аккумуляторами. В случае отключения электричества аккумуляторы примут на себя аварийную нагрузку, давая необходимую возможность разогреться и включиться в работу источникам бесперебойного питания. Таким образом, не будет необходимо ждать, когда заработает генератор - дом не останется ни на секунду обесточен.

Реле приоритетов позволяет в случае недостатка мощности временно отключить низкоприоритетные устройства, высвобождая, таким образом, некоторую мощность для более важных задач.

Система не просто рациональна в использовании, она позволяет существенно экономить электроэнергию. Система силовой электрики дает возможность одним нажатием на блоке управления обесточить целые зоны, например, полностью обесточить первый этаж дома, оставив работающим ,к примеру, лишь холодильник.

Таким образом, в настоящее время под системой «Умный дом» подразумевается интеллектуальная система, объединяющая и интегрирующая все системы жизнеобеспечения жилого помещения. В ее состав входят следующие структурные элементы:

1. Устройство управления системой;
2. Источники информации о состоянии системы – различные датчики;
3. Исполнительные устройства (замки, видеокамеры и так далее).
4. Сеть связи, объединяющая все устройства.