« Предыдущая Следующая »

Состояние модели «Умный дом»

В настоящее время на рынке сложилась довольно интересная ситуация – множество производителей предлагает продукцию для построения систем, подобных рассматриваемой, однако очень мало примеров комплексных проектов для жилых помещений. Как правило, предлагается набор определенных устройств, позволяющих управлять вентиляцией, отоплением, и так далее на более высоком уровне, чем существующий. Собрав в одной квартире (или коттедже) различные датчики и исполнительные механизмы, пусть и управляемые программно, мы еще не получим системы в наиболее полном понимании этого слова. Цель создания модели умного дома именно в интеграции всех инженерных и других систем коттеджа с единым управлением и обеспечением взаимодействия.

Поэтому целью данной работы является разработка системы умный дом, ее обоснование и описание.

Обзор найденного материала

Протоколы и технологии в системе «Умный дом»

Как показывает произведенный анализ существующих интеллектуальных систем управления коттеджами, для их построения используются различные протоколы и технологии объединения структурных элементов системы. Какой бы сложной ни была начинка, всё сводится к взаимодействию большого числа связанных между собой по определенному протоколу устройств. Под протоколом здесь понимается порядок обмена информацией между устройством управления, датчиками и исполняющими устройствами. Ниже рассмотрим основные положения наиболее распространенных протоколов и произведем оценку их положительных и отрицательных сторон.

Протокол Х10

В х10 для передачи управляющих сигналов используют силовые электросети [11]. Его очевидное преимущество в простоте реализации – не нужно прокладывать новые провода, достаточно подключить нужные приборы к существующей электропроводке. Посмотрим, что представляет собой технология х10 и какие устройства можно использовать для ее применения. Итак, технология х10 основана на передаче сигналов по электропроводке квартиры или дома. Для передачи сигналов используются "пакеты" колебаний на частоте 120 кГц длительностью 1 мс, передаваемые по электропроводам. Передача сигнала в х10 синхронизирована с нулевым напряжением в цепи переменного тока. Когда напряжение достигает нулевого значения, приемник сигнала х10 (например, встроенный в патрон лампочки) "слушает" сеть в течение 6 мс. Если в это время передатчик сигнала х10 посылает "пакет", приемник воспринимает его как двоичную единицу. Отсутствие "пакета" воспринимается как двоичный ноль. Каждое устройство, управляемое посредством х10, имеет свой адрес, состоящий из двух символов. Первый – код дома, второй – код устройства.

Каждый из них может иметь 16 значений, а общее число различных адресов достигает 256. Код дома обозначают латинской буквой (от A до P), а код устройства – числом от 1 до 16. По электропроводке каждый код дома и устройства передается своей последовательностью нулей и единиц – двоичным кодом (см. таблицу). Каждая команда х10 также имеет свой двоичный код. Последний бит в двоичных кодах устройства и команды служит для различия типа кодов: 0 соответствует коду устройства, 1 – коду команды. Для того чтобы приемник знал, когда начинается передача полезного сигнала, передатчик сначала посылает так называемый стартовый код – ему соответствует последовательность 1110. За ним следует код дома, а потом – код устройства или команда. Последовательность стартового кода, кода дома и кода устройства или команды называется кадром (или фреймом) х10. Каждый кадр передается два раза подряд – для большей надежности. Каждый информационный бит кадра, за исключением битов стартового кода, сопровождается комплементарным (дополняющим) битом – после 1 идет комплементарный 0, после 0 – единица. Таким образом, для передачи одного кадра необходимо 11 циклов переменного напряжения.

Для передачи команды x10 нужно сначала отправить кадр с кодом устройства, которому предназначена команда, а за ним – кадр с самой командой. Исключение составляют групповые команды, например "All Units Off" – они отправляются всем устройствам, поэтому код устройства перед ними передавать не нужно.

При передаче последовательности адресов и/или команд между каждой парой кадров должен быть промежуток в три цикла переменного напряжения – то есть последовательность 000000. Например, адрес устройства и команда для него передаются двумя парами кадров с указанным промежутком. Для передачи такой последовательности необходимо 22+3+22=47 циклов напряжения. При частоте 50 Гц такая операция занимает примерно одну секунду.

Технология x10 помогает решить самые разные задачи домашней автоматизации. Например, можно включать и выключать в заданное время свет, дистанционно изменять яркость освещения, управлять электроприборами с помощью компьютера, раздвигать шторы, включать охранную и пожарную сигнализацию и делать много других полезных вещей. Для этого разработаны различные виды устройств, поддерживающих х10. Перечислим их.

  • Исполнительные модули (приемники) – принимают и выполняют команды x10. Каждый приемник имеет адрес, состоящий из кода дома и кода устройства, например D11. Несколько приемников могут иметь тот же адрес – в этом случае они управляются одновременно. Приемниками могут быть, например, ламповые и приборные розеточные модули, настенные выключатели, светорегуляторы в ламповом патроне, приводы жалюзи, диммерные модули для управления резистивной нагрузкой.
  • Трансиверы – принимают сигналы от пультов дистанционного управления (ИК или радио), преобразуют в формат x10 и передают в электросеть.
  • Контроллеры (передатчики) – формируют и отправляют команды x10 в электросеть. В роли передатчиков могут выступать: модули управления, выдающие команды включения/выключения и регулировки яркости света; программируемые таймеры, посылающие сигналы в заданное вре- мя; контроллеры освещенности, включающие или выключающие свет в зависимости от интенсивности солнечного излучения; модули с компьютерным интерфейсом – они управляются с компьютера или автономно введенной в них программой.
  • Пульты ДУ – обеспечивают дистанционное управление устройствами x10 по ИК- или радиоканалам. Есть и универсальные пульты ДУ для управления устройствами x10 и ау- дио/видеоаппаратурой.
  • Оборудование для повышения качества и надежности ра- боты систем x10 – усилители и ретрансляторы сигна- лов, фильтры для подавления электромагнитных помех. В простых системах часто можно обойтись и без этих ус- тройств.
  • Измерительное оборудование – предназначено для измерения затухания сигналов x10.

В системах домашней автоматизации на основе стандарта x10 используется также вспомогательное оборудование, которое само не передает и не принимает сигналы по протоколу x10. Это, например, датчики движения, освещенности, разбития стекла, открывания дверей или окон. Они передают информацию по радио или ИК-каналам на трансиверы, а те пересылают ее исполнительным модулям по протоколу x10.

Наиболее широкий ассортимент устройств x10 представлен в продукции, поставляемой фирмами x10 (www.x10.com, бренд PowerHouse), BMB Electronics B.V. (www.bmbelectronics. eu), Marmitek (www.marmitek.com). Отметим, что многие устройства, выпускаемые под различными брендами, сходны по функциональному назначению, внешнему виду и маркировке.

Типичный модуль x10 состоит из программируемого микроконтроллера, управляющего работой устройства, и цепей сопряжения, которые формируют входные сигналы микроконтроллера из сигналов, принимаемых из электросети, и выходные сигналы модуля, передаваемые в электросеть, из сигналов микроконтроллера. В качестве микроконтроллеров можно задействовать микроконтроллеры общего назначения, например типа PIC компании Microchip и типа AVR компании Atmel.

« Предыдущая Следующая »
Похожие публикации
Разработка системы «Умный дом»
Бакалаврская работа «Разработка системы «Умный дом»». Объём работы - 59 страниц, на которых размещены 23 рисунка и 4 таблицы.