Умный дом

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пензенский государственный  университет архитектуры и строительства»

 

 Институт инженерной экологии

Кафедра «Теплогазоснабжение и вентиляция»

 

 

Реферат

на тему «Умный дом»

 

 

 

 

 

 

Выполнили: студент  гр. ЭУС-41

Савельева С.В.

Проверил: к.т.н., профессор

Стрелюхина Т.А.

 

 

 

 

Пенза 2012

 

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Если устроить опрос на улицах российских городов – проверить знания прохожих об «умном» доме, – многие опрошенные, наверняка, затруднятся ответить, либо ограничатся расплывчатыми формулировками и общими фразами. Между тем, на календаре XXI век и «умный» дом вполне можно построить даже здесь, в России. К тому же, – он все более популярен.

Собственно, мечта  наших соотечественников об «умном» доме имеет весьма давнюю историю. Вспомните русские сказки. Там печь сама печет пироги, горшочек варит кашу, но ближе всех к реализации идеи «умного» дома подобралась Баба Яга. Ее «избушка на курьих ножках» может поворачиваться «к лесу задом», и даже, по велению хозяйки, самостоятельно путешествовать по пересеченной местности.

Увы, все сказочные  возможности современному «умному» дому пока недоступны. Если, к примеру, вращающиеся вокруг своей оси здания ныне не такая уж редкость, то «гуляющие сами по себе» – это пока фантастика. Да и вообще домашние цифровые технологии развиваются в другом направлении. Главная цель – сделать проживание, нахождение человека внутри дома, а также на придомовой территории, максимально комфортным.

Современный цифровой дом, простыми словами, – это дом  или квартира, где контроль за всеми  или большинством инженерных систем возложен «на плечи» современных технологий. Освещение, отопление, вентиляция, кондиционирование, энерго- и водоснабжение, работа различных электроприборов, видеонаблюдение, сигнализации, электроприводы – всем этим управляет автоматика.

При этом совершенно не обязательно пичкать жилище абсолютно  всеми вышеописанными «наворотами». Понятие современного «умного» дома допускает использование только тех систем, которые нужны в каждом конкретном случае.

 

 

Историческая справка

 

Само понятие «умный» дом (англ. smart house) не такое уж молодое. Оно возникло в США в начале 70-х годов прошлого века, в недрах «Института интеллектуальных зданий». На тот момент под умным домом подразумевалось «здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства…».

Однако годом  рождения современного «умного» дома можно считать 1978-й год. В этом году в США в компании Х10 USA и Leviton разработали и внедрили в производство технологию управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети.

Распространение эти разработки получили в то время  лишь на территории Северной Америки, ибо были рассчитаны на работу при напряжении 110 В и частоту сети 60 Гц. Тем не менее, именно этим фирмам человечество обязано появлением «невероятных чудес прогресса» – автоматически открывающихся дверей, включающегося по хлопку света и прочих «фокусов», которыми состоятельные американцы удивляли своих гостей, а голливудские фильмы – весь остальной мир.

Для конца 70-х  годов технология X10 (именно такое  название закрепилось и сохранилось  за ней и поныне) являлась, конечно, революционной. Однако она была рассчитана на поддержку всего шести управленческих команд и, в основном, использовалась для управления электроосвещением. Но людям хотелось большего. «Умный» дом должен был становиться все «умнее».

Чтобы ускорить процесс развития подобных технологий их разработчики создали Альянс Электронной Промышленности (Electronic Industries Alliance). В 1992 году это привело к появлению стандарта шины бытовой электроники (Consumer Electronic Bus, CEBus). Ныне CEBus – открытый стандарт. Это означает, что производить оборудование для «умных» домов может любая компания, чья продукция будет соответствовать необходимым техническим требованиям. Сегодня коммуникационный протокол CEBus предусматривает передачу управляющего сигнала по проводам бытовой электросети, витой паре, коаксиальному кабелю (вид электрического кабеля, предназначенный для передачи высокочастотных сигналов), в радиочастотном или инфракрасном диапазоне. 

Собственно, не обязательно строить всю систему «умного» дома на каком-то одном способе передачи данных. Так, освещением можно управлять посредством передачи данных по электропроводке, видео- и аудиоаппаратурой – с помощью коаксиального кабеля. Для кондиционеров, различных цифровых приборов подойдет витая пара. Ну а радиосигналы или инфракрасные лучи могут, в общем, использоваться с любыми приборами или системами. В том числе посредством специальных преобразователей сигналов, служащих для коммутации между собой различных способов передачи данных. Эти устройства называются роутерами или мостами (data bridges).

 

«Умный» дом сегодня. Примеры построения системы.

 

Ныне, помимо упомянутых здесь технологий (модернизированной, но все же довольно «медленной» X10, а также CEBus), существуют и другие, на базе которых возможна реализация концепции «интеллектуального» дома.

Весьма распространен, особенно в Европе, протокол EIB (аббревиатура от англ. European Installation Bus). Сегодня, пожалуй, это главная европейская платформа, на которой осуществляется строительство «умных» домов. Другое ее название – Instabus. В том, что касается передающих сред, технология EIB весьма схожа с CEBus. Обычно при построении «умного» дома на базе EIB используется следующее оборудование:

Сенсоры – это  могут быть датчики движения, таймеры, датчики температуры или влажности, настенные выключатели;

Активаторы (исполнительные устройства) – меняют свое состояние (переходят из режима «выключено» в режим «включено» и т.д.) в соответствии с командами, которые поступают от сенсоров, тем самым осуществляется управление различным электрооборудованием: освещением, приборами;

Диммеры – регуляторы электрической мощности, нагрузки;

Контроллерные модули – они требуются, если предполагается использовать достаточно сложные алгоритмы  управления, например, когда нужно  управлять несколькими видами оборудования, используя данные различных сенсоров;

Системные устройства – обеспечивают настройку и поддержание  в рабочем состоянии самой  сети EIB, это шинные соединители, повторители, блоки питания, интерфейсные модули.

 

 
Рис.1 Так выглядит EIB-диммер (одна из модификаций)

 

В принципе, похожий набор оборудования может быть использован и при работе с другими технологиями, разработанными и применяющимися для строительства «умных» домов. Однако при этом каждая из них может предусматривать использование и другого оборудования, в соответствии с технической спецификацией, способом передачи данных.

 

    

Рис.2 Домашняя управляющая система «Master's Control System» (MCS) фирмы «Специальные Системы и Технологии».

 

При построении системы «Умный дом» для передачи сигналов управления выключателям с интеллектуальной начинкой могут использоваться уже проложенные провода от розеток и светильников, хотя, конечно, гораздо удобнее и функциональнее в период эксплуатации или наращивания системы иметь проложенный в момент строительства наравне с другими инженерными сетями специальный кабель, именуемый также шиной. Наличие шины в дальнейшем позволит насыщать систему всем, что покажется необходимым без существенных затрат на перепроектирование и последующие ремонтные работы.

 

Рис.3 Пример реализации системы «умного дома»

 

Можно навсегда избавиться от широко распространенной проблемы - не осталось ли что-нибудь включенным в другой комнате или на кухне. Достаточно еще раз нажать на «выкл.». А можно выключить все - есть такая кнопка. Или включить все освещение одной кнопкой - такая тоже есть. Если есть необходимость увеличить уровень комфорта, следует избавиться еще от одного ограничителя – жесткой привязанности к розетке. Выйти из положения можно, применив радио выключатели.

Внешний вид радио выключателя вполне соответствует современным взглядам на дизайн. Он может быть выполнен в виде брелока с определенным набором кнопок, пульта с 16 кнопками, с помощью которого можно управлять всем светом в доме, или в виде суперплоского монитора толщиной 4 мм и размером с пачку сигарет, который можно с помощью липучки прикрепить где угодно, например, рядом с кроватью. Чтобы задействовать эту приятную во всех отношениях и ультрасовременную вещь, необходимо установить в розетку приемник радиосигналов, функциональная задача которого - передать управляющий сигнал к интеллектуальному выключателю. Среди дополнительных комфортных возможностей появляется еще одна – с брелока при желании можно включить свет в прихожей до того, как будет открыта дверь.

Еще более высокий уровень комфорта обеспечат датчики движения. Если установить такой датчик, свет может включаться сам при приближении человека на расстоянии 6-8 метров. Через определенное время датчик выдаст сигнал на выключение света (интервал может регулироваться от 1 до N-ого количества минут). Удобство подобного устройства очевидно – не придется нашаривать ночью выключатель в туалете или в ванной комнате. Помимо прочего, датчик можно запрограммировать на включение света, когда стемнеет, или на включение дежурного освещения. Датчик можно разместить перед входом в дом – конечно же удобно, что крыльцо будет освещено, стоит лишь подойти на определенное расстояние. Весомый плюс – датчики могут работать автономно от батареек, поэтому не придется прокладывать дополнительные провода.

Существенно добавит удобства универсальный пульт, способный  заменить целый набор - для телевизора, стереосистемы, видеомагнитофона, DVD –  проигрывателя и т.п. Универсальный  пульт способен управлять всей аппаратурой, которая уже установлена и  которая еще будет приобретена. Кроме того, появляется возможность управлять освещением, жалюзи, рольставнями, и всем остальным, что можно включить в розетку. Например, нагревателем. Такая возможность – управлять всем с помощью одного пульта – требует использования еще одного устройства с интеллектом. Это – релейный модуль, напоминающий обычный тройник. Электрические приборы, которыми хотелось бы управлять, подключаются, в свою очередь, к релейному модулю. Список таких приборов достаточно велик - кофеварка, вентилятор, кондиционер, галогеновый светильник, нагреватель, освещение аквариума.

Аквариум упомянут не случайно. Известно, что рыбки меньше болеют и лучше едят, когда их световой цикл задается автоматически. Сделать  это поможет таймер, который включается в любую розетку и позволяет запрограммировать 4 устройства. Например, нагреватель для аквариума, освещение аквариума, кормушку, и будильник. Если возникает необходимость уехать на пару дней - кроме откорма рыбок таймер может создать иллюзию присутствия в доме - будет включать и выключать свет со случайной задержкой - сегодня в 7:00, завтра в 7:30, а послезавтра в 7:58. Теперь вычислить отсутствие хозяев дома – весьма проблематично. Вот только собаку выгулять таймер не сможет - но для своего дома выход есть - дверца для собаки, которая открывается при приближении Вашей собаки - достаточно повесить ей на ошейник радио брелок.

Почувствовать свою личную защищенность, а также защитить свой дом поможет электронный ротвейлер  или RoboDog, интеллектуальное устройство, копирующее лай 60-килограммового ротвейлера. Прибор может функционировать от батареек, что достаточно важно, ибо он не зависит от напряжения в сети. А срабатывать RoboDog может и от датчика движения, и от брелока, и от датчика открытия двери, и от датчика вибрации. Свою положительную роль устройство сыграет, если его установить в гараже.

 

Рис.4 Комплексное  решение для здания с элементами Умного Дома с использованием оборудования JABLOTRON

 

Чтобы устроить автоматически  включаемое освещение входа, достаточно установить датчик движения, соединенный с прожекторами. При появлении кого-либо на расстоянии 10 метров от датчика – свет включится самостоятельно (временной промежуток работы этой системы – от заката до рассвета). Кроме этого, интеллектуальный прожектор задействует, при необходимости еще 4 прибора при регистрации движения, и еще 4 при наступлении темноты, и выключит их либо утром, либо через определенное хозяином время.

Повысит уровень комфортности и позволит сэкономить теплоносители  электромагнитный клапан, который не только сможет включить воду по Вашему указанию в виде нажатия кнопки на пульте, или просто в определенное время. Но он же может воду и выключить - стоит врезать его в систему отопления, и он будет включать поток теплоносителя (это ведь может быть и не вода, а, например, Тосол, или другая специальная жидкость) только когда станет прохладно. Поставив клапана в каждой комнате, можно будет задавать температурный режим отдельно для каждой комнаты. Если в городе это и не очень актуально, то для домов с отоплением на солярке экономия может быть значительной. Есть аналогичные клапана и для газа - а тут уж речь идет не об экономии, а об обеспечении защиты жизни людей. Что касается электромагнитного клапана системы отопления, существует возможность открыть его за определенное время до своего приезда, например, по телефону.