1 2 3 4 5 6 7 8

4. Начало разработки системы.

4.1. Описание системы.

Перейдём к непосредственному осуществлению задуманного, а конкретно – к разработке.

Итак, система должна осуществлять:

  • Управление освещением
  • Связь с присутствием людей
  • Снижение затрат
  • Управление жалюзи
  • Сценарное управление
  • Климат-контроль
  • Управление системами отопления разных типов
  • Снижение затрат
  • Водоснабжение
  • Контроль протечек в помещениях
  • Управление электроэнергией
  • Снижение затрат
  • Управление электроприборами
  • Пожарная безопасность
  • Контроль возгорания
  • Система обесточивания на случай пожара
  • Система оповещения
  • Охрана
  • Контроль периметра помещения при заданном сценарии
  • Контроль за входной дверью
  • Сигнализация
  • Система оповещения

Так как в качестве центрального органа управления был выбран микро-ПК Raspberry Pi 2 с установленным MajorDoMo, а в качестве оконечного оборудования – устройства протокола ZigBee, то сначала оценим возможности данного ПО.

Основные возможности MajorDoMo, согласно сайту разработчиков:

  • Простая и быстрая установка
  • Кросс-платформенность (Windows/Linux)
  • Бесплатная для личного или коммерческого использования
  • Большое и активное сообщество вокруг проекта
  • Поддержка различного оборудования, в том числе и ZigBee
  • Мульти-язычный интерфейс (Русский/English)
  • Веб-доступ с любого устройства
  • Веб-интерфейс с обновлением в реальном времени
  • GPS-трэкинг и реакция на местоположение пользователей
  • Голосовые уведомления и распознание голоса
  • Push-уведомления
  • Интеграция со сторонними веб-сайтами и сервисами
  • Управление мульти-медиа
  • Модель безопасности с разграничением доступа между пользователями
  • Учитесь на примерах и делитесь настройками (сервис Connect)
  • CloudSync -- облачная синхронизация и простой доступ из любого места
  • Система обновлений в один клик
  • Построена на веб-технологиях (PHP/JS/HTML5)
  • ООП в реальной жизни: классы/объекты/свойства/методы
  • Программирование с помощью PHP и/или визуальной среды Blockly
  • Расширенный анализ состояния и само-диагностика
  • Маркет дополнений
  • Поддержка динамических 3d-сцен (WebGL)
Скриншот из программы MajorDoMo

Рисунок 4.1.1 – Скриншот из программы MajorDoMo

Возможностей такой системы нам хватает – теперь приступим к выбору оконечного оборудования, с целью обеспечить выполнение требуемых задач.

4.2. Управление освещением.

Одной из важных функций является управление светом в доме. Именно благодаря этому можно существенно повысить комфорт и снизить затраты. Существует несколько вариантов решения вопроса, такие как управление светом со специального пульта или панели, с помощью телефона или КПК, использование голосового пароля для включения света или реакция на хлопок. Но это всё лишь способы включения. Для точной настройки требуется устройство, способное уменьшить или увеличить яркость света, которое способно стать частью полноценной системы. Оптимальным будет использование регуляторов мощности – диммеров.

Таблица 4.2.1 – Мощность, требуемая для освещения площади лампой накаливания

Площадь помещения Очень яркий свет Яркий свет Мягкий свет
кв.м. ~500 lux ~300 lux ~150lux
Менее 6 150 W 100 W 60 W
От 6 до 8 200 W 140 W 80 W
От 8 до 10 250 W 175 W 100 W
От 10 до 12 300 W 210 W 120 W
От 12 до 16 400 W 280 W 160 W
От 16 до 20 500 W 350 W 200 W
От 20 до 25 600 W 420 W 240 W
От 25 до 30 700 W 490 W 280 W

В случае использования энергосберегающих или светодиодных ламп требуемая мощность делится на 5 и на 8, соответственно. Согласно этой таблице для большинства помещений будет достаточно диммера с граничной мощностью 600W.

Существует большое количество как сертифицированных для ZigBee диммеров, так и их аналогов, всевозможных форм реализаций: кнопочные, поворотные, сенсорные. Такое устройство, оборудованное приёмником, принимая сигналы от главного устройства, способно управлять определённым участком освещения, плавно увеличивая или уменьшая яркость света. К тому же в случае выхода, из строя всей системы сможет автономно существовать в виде обычного диммера.

Диммеры поворотный и цокольный ZigBee

Рисунок 4.2.1 – Диммеры поворотный и цокольный ZigBee

Развивая эту идею, можно использовать индивидуальный приёмник-диммер, устанавливаемый между источником питания и цоколем лампочки и подключаемый к беспроводной сети, что позволит более точно регулировать уровень освещения в помещениях.

В сочетании с датчиками движения и освещения можно получить вполне экономичный способ осветить помещение. Также при использовании датчиков движения можно добавить систему подсветки пола, которая включается при наличии движения и включает светодиодные фонари, установленные в местах траекторного движения в сторону основных направлений в доме или у препятствий вроде ступеней и порогов.

Пример подсветки лестницы

Рисунок 4.2.2 – Пример подсветки лестницы

Днём использование дополнительного освещения не является необходимостью в большинстве случаев. Нужно обеспечить доступ солнечного света в помещение, с помощью всё тех же датчиков освещения и шагового двигателя для жалюзи/штор.

Сценарное управление осуществляется посредством планирования в программе, т.е. прописывается несколько сценариев для типовых ситуаций, таких как прибытие гостей в дом, обычный режим в разное время суток, режим сна и так далее. Причём в зависимости от начальных установок можно выбрать либо точечное управление каждым светильником, что удобно в случае небольших площадей, когда одна комната используется несколькими людьми одновременно для отдыха и работы; либо же зонное, упрощённое по помещениям.

Скриншот из программы MajorDoMo

Рисунок 4.2.3 – Скриншот из программы MajorDoMo

4.3. Климат-контроль

Вопросы поддержания комфортной температуры в помещении являются не менее важными, нежели освещения. В сфере обслуживания квартир и домов существует множество решений о самых простых, вроде центрального отопления или электрических обогревателей и печей, до высокотехнологичных ИК-обогревателей, тёплых полов и систем кондиционеров со сценарных климатом и поддержанием нужного уровня влажности воздуха.

Компании, которые занимаются установкой систем автоматизации предлагают несколько популярных и проверенных вариантов, которые мы сейчас рассмотрим.

Теплый пол

  • Водяной тёплый пол.

При отоплении водяным теплым полом источником тепловой энергии служит нагретый теплоноситель – вода из стояка горячего водоснабжения или центрального отопления, проходящая по трубам в полу. В загородном строительстве водяные теплые полы имеют преимущество перед электрическими, поскольку существенно экономят потребление электроэнергии, что очень чувствуется на больших площадях, но к сожалению подобные системы запрещены для использования в квартирах из-за опасности затопления, поэтому их рассматривать мы не будем.

  • Электрический теплый пол

Эти системы разделяются по типу нагревательного элемента:

  1. греющий кабель;
  2. нагревательный мат;
  3. инфракрасный обогрев (специальная плёнка).

Греющий кабель

Тёплый пол с таким видом нагревательного элемента устроен довольно просто. Специальный кабель с большим сопротивлением располагается в стяжке пола, выполняемой поверх основания. При прохождении электричества через кабель выделяется тепло, которое нагревает стяжку и, соответственно, нагревает помещение.

Устройство тёплого пола с греющим кабелем

Рисунок 4.3.1 – Устройство тёплого пола с греющим кабелем

Устанавливая подобный тёплый пол, недостатки, присущие данной конструкции, нужно учесть заранее. К ним в первую очередь относится необходимость изготовления стяжки и, как следствие, потребность в проведении ремонта для её нанесения.

Нагревательный мат

Такие нагревательные элементы называют по-разному, но они от этого не меняются. Физически - это тонкий кабель, наклеенный на сетку из стеклоткани. Для его монтажа не требуется выполнять дополнительную стяжку. Обычно маты располагают под облицовкой пола. В качестве последней наиболее подходящими будут керамическая плитка или керамогранит, и нагревательный элемент располагается непосредственно в клеевом слое.

Устройство тёплого пола с нагревательным матом

Рисунок 4.3.2 – Устройство тёплого пола с нагревательным матом

Это универсальное решение для комфортного обогрева сухих и влажных, достаточно теплоизолированных помещений с бетонными, каменными или кафельными полами. Недостатком нагревательного мата можно считать то, что вместе с ним не применяется утепление пола, однако, нагревательный мат расположен непосредственно под керамической плиткой, материалом с меньшим термическим сопротивлением, чем бетон, что обеспечивает эффективность обогрева.

Инфракрасный обогрев (пленочный теплый пол)

В этом случае нагревательным элементом служит специальная термоплёнка. Токопроводящие элементы расположены внутри плёнки, при протекании тока через которую выделяется инфракрасное излучение. Оно и нагревает пол, воздух и окружающие предметы (мебель, стены, и т.д.). Подобная система считается самой передовой и прогрессивной, монтируется непосредственно под покрытием пола.

Для обогрева покрытия пола из ламинированного паркета, ковролина или линолеума лучше применять термическую пленку инфракрасного обогрева. Этот вид напольного обогрева особенно идеален в случае замены старого напольного покрытия, т. к. позволяет быстро установить и сразу начать пользоваться "теплым полом".

Монтируемый пленочный теплый пол является частью многослойной конструкции, которая служит для достижения максимального эффекта работы всей системы. Инфракрасное излучение отражается от нижнего теплоотражающего материала и полностью устремляется вверх, в обогреваемое помещение, чем достигается максимальная эффективность работы системы. Электрическое отопление наиболее эффективно обогревает весь объем помещения, выгодно совмещая лучистый и конвективный обогрев. Если предполагается, что пленка при создании теплых полов используется в качестве единственного нагревательного элемента, то необходимо, чтобы она покрывала не менее 70% общей площади пола. Если же пленка является лишь дополнительным обогревателем, то вполне достаточно, чтобы она занимала около 40% пола. К тому же подобные системы можно устанавливать так же и на потолок.

Устройство тёплого пола с ИК-обогревом

Рисунок 4.3.3 – Устройство тёплого пола с ИК-обогревом

Преимущества теплого электрического пола

  • Не сушат воздух. Микроклимат, создаваемый ими, благотворен для здоровья людей, особенно для лиц, страдающих заболеваниями легких.
  • Экологичность, вследствие использования электричества
  • Энергосберегающие системы отопления, разработанные с применением пленочных теплых полов отличаются повышенной влаго- и пожароустойчивостью, а также термостойкостью.
  • Экономия места в помещении. В нем не отнимают объемы громоздкие радиаторы.
  • Быстрый нагрев, благодаря его значительно меньшей инерционности
  • Простое управление и высокая точность поддержания микроклимата в помещении.
  • Долговечность

Недостатки теплого электрического пола

  • Повышенное потребление электрической энергии.
  • Высокая стоимость на этапе покупки и установки
  • Сложность в установке

Таким образом можно сделать вывод о том, что подобная система является хорошим выбором в качестве дополнительного средства отопления, но никак не основного, вследствие высокой стоимости при работе полный обогрев помещений.

Подобными характеристиками и преимуществами обладают и другие электрообогревательные системы, такие как ИК-обогреватели, камины, но, к сожалению, сильно экономичными они не являются. К тому же у большинства моделей нет возможности интеграции в общую систему.

Если рассматривать систему центрального отопления, то возникает вопрос управления температурой в помещении. Для решения этого вопроса на рынке имеется подсистема терморегуляции, в состав которой входит термостат, координатор, поддерживающий технологию ZigBee, датчики температуры, а также сервопривод с приёмником, так называемая термоголовка, которая по команде перекрывает или, наоборот открывает, кран радиатора отопления тем самым изменяя температуру в помещении.

Устройства системы терморегуляции радиатора батареи центрального отопления

Рисунок 4.3.4 – Устройства системы терморегуляции радиатора батареи центрального отопления

Такая подсистема более актуальна для квартир, в которых всегда установлено центральное отопление, поскольку требует минимальной модернизации уже существующей системы и при этом - минимальных затрат и обслуживания.

В сочетании с тёплым ИК-полом или потолком можно получить наиболее комфортные условия и плавную настройку температуры.

4.4. Водоснабжение

Главной опасностью водоснабжения в квартире является необнаруженная вовремя протечка. В этом случае страдают как владелец квартиры, так и сосед снизу. Расположенные в местах возможной течи воды (на полу под раковиной, ванной, стиральной машиной и т.д.) специальные датчики системы за контролем подобных ситуаций предотвратят скверные последствия.

На рынке существует множество вариантов таких подсистем, но наиболее привлекательной выглядит система «Нептун», на базе микроконтроллера СКПВ220В-DIN, устанавливаемого на DIN-рейку.

Внешний вид микроконтроллера СКПВ220В-DIN и схема подключения контактов

Рисунок 4.4.1 – Внешний вид микроконтроллера СКПВ220В-DIN и схема подключения контактов

Помимо подключения 10 датчиков протечки воды, что для большинства квартир достаточно – микроконтроллер обладает возможностью управлять 8 шаровым кранами, для быстрого отключения источника течи.

В базовой комплектации нет интеграции с системой, построенной на протоколе ZigBee, но это решается установкой дополнительного модуля XBee на радиореле «Neptun», через специальный адаптер.

Модуль XBee

Рисунок 4.4.2 – Модуль XBee

4.5. Электроэнергия

В современных домах, используется различное электрическое оборудование это - системы вентиляции, различные осветительные и бытовые приборы.

Всё это оборудование потребляет значительное количество электроэнергии, а сети, зачастую, не выдерживают подобную нагрузку. Система даёт возможность организовать систему приоритетов.

Протестировав всё включенное в сеть оборудование и, обнаружив, что резерв исчерпывает свои возможности, она отключит прибор, которому был присвоен низший приоритет.

Осуществляется это с помощью счетчика электроэнергии с возможностью управления нагрузкой Меркурий 234 ARTM ZigBee.

Такое устройство способно стабилизировать потребление электроэнергии, отключая ненужные потребители, а также выстраивая систему приоритетов потребления, в сочетании с розетками, использующими технологию ZigBee.

Также оно способно считывать и передавать информацию о потреблении электроэнергии.

Внешний вид счётчика Меркурий 234 ARTM ZigBee

Рисунок 4.5.1 – Внешний вид счётчика Меркурий 234 ARTM ZigBee

4.6. Пожарная безопасность.

Подсистема должна мгновенно приводить в действие существующую противопожарную систему, отключать вентиляцию, чтобы поток воздуха не способствовал возгоранию, электричество и газ. А если хозяина нет дома, отправлять тревожное SMS-сообщение. Система также включает сирену и внешний световой сигнал, чтобы предупредить соседей о случившемся и уберечь от опасности.

Используемые в нашей системе Raspberry и предустановленная MajorDoMo позволяют исполнить эти функции.

В состав так же будут входить беспроводные датчики дыма Rexense (RG 330) ZigBee, на питающих элементах 2xAA.

Устройство имеет свою персональную сигнализацию, для того, чтобы головной контроллер мог безошибочно определить зону возгорания.

Срок службы батареек в таком устройстве – 1 год, что значительно экономичность и надёжность системы.

Датчик дыма ZigBee

Рисунок 4.6.1 – Датчик дыма ZigBee

В случае возникновения пожара – датчик передаёт сигнал на центральный контроллер, который отправляет сигнал системе электроснабжения для обесточивания помещения, так как в жилом доме одним из самых частых источников возгорания являются бытовые приборы и проводка.

4.7. Безопасность

Подсистема безопасности должна осуществлять контроль периметра помещения при отсутствии хозяина, контроль за входной дверью. В случае вторжения включается сигнализация и происходит оповещение владельца, а также охранных служб. Для осуществления таких функций требуются датчики движения Rexence (RG 320), которые реагируют на тепло человека и животных. Для исключения ложного срабатывания имеется функция калибровки.

Датчики движения и открытия двери Rexence ZigBee

Рисунок 4.7.1 – Датчики движения и открытия двери Rexence ZigBee

Дополнительный контроль за перемещениями становится доступным при использовании датчиков открытия двери/окна. Реагируют они на несанкционированное проникновение в помещение, как через открытие окон/дверей, так и на включение света в помещение. В случае срабатывания включается камера и блокируются двери, на которых установлены замки. Согласно сценарию происходит оповещение специальных служб и владельца.

Все устройства поддерживают протокол ZigBee, а также обладают малым энергопотреблением, благодаря наличию режима stand-by.

Таким образом заканчивается выбор и анализ оконечного оборудования, в результате чего получаем рабочие подсистемы, которые способны выполнять свои обязанности. Однако система «Умный дом» подразумевает не только замену человеческого ресурса на автоматику устройств и энергосбережение, которые мы достигли, но и взаимодействие этих подсистем. Взаимодействие, построенное на гармонии и отсутствии конфликтов. Это достигается грамотной настройкой и прописыванием сценариев.

Структурная схема разработанной системы умный дом

Рисунок  4.7.2 – Структурная схема разработанной системы «умный дом»

« Предыдущая Следующая »
Информация о файле
Киселев Д.А.
СибГУТИ