Применение интеллектуальных технологий при создании систем «Умный дом».

Введение

Любая система типа «Умный дом» вне зависимости от комплектации, стоимости и предполагаемого места размещения представляет собой совокупность разного рода систем: следящих, фиксирующих, считывающих данные и многих других. Для того чтобы связать эти системы в одну высокотехнологическую многофункциональную сеть и наладить взаимодействие между ними, предназначена самая важная и самая сложная часть «Умного дома» — центральный процессор.
В условиях чрезвычайно быстрого развития микропроцессорной техники и построения на их основе программируемых устройств управления всеми видами бытового оборудования возникает необходимость и, главное возможность максимального обеспечения реализации растущих требований к комфортным условиям проживания и труда миллионов людей, обеспечение их безопасности и защиты от последствий технических аварий. Это стало одним из приоритетных направлений развития современной радиоэлектронной и вычислительной техники. Кроме того интеграция вычислительных программируемых систем в устройствах телекоммуникаций обеспечивает возможность сочетания различных комплексов, которые находятся на значительном расстоянии, а использование стандартизированных протоколов передачи данных делает возможным осуществление взаимодействия коммунальных служб оперативного решения возможных чрезвычайных ситуаций, а также осуществление дистанционного контроля и управления работой таких систем. Реализация этих задач обеспечивается широкомасштабным внедрением технологий "Интеллектуального дома". Ядром таких комплексов является аппаратно-программная система, которая позволяет обеспечить максимально комфортные условия проживания с учетом индивидуальных требований и потребностей пользователя и позволяет достичь существенного сокращения энергетических затрат за счет рационального использования энергоносителей. Решение этих задач зависит от характеристик жилья и уровня его комфортности.
«Умных домов» в России пока немного, этот рынок в нашей стране только формируется. Но, несомненно, данное направление очень перспективно, так как позволяет заметно сократить расходы на содержание дома за счет сокращения энергопотребления. Одна из главных задач в данной работе — реализовать относительно недорогую систему управления, включающую в себя самый необходимый набор функций «Умного дома».


1. Примеры способов применения интеллектуальных технологий при создании систем «Умный дом»

«Умный дом» - это понятие, которое возникло в контексте современного загородного дома среднего класса. Некоторые отрывочные данные из публикаций устанавливают их возникновение во времена «технологической революции» развития бытовых приборов в ХХ веке. Ричард Харпер в своей книге «Внутри умного дома» (R. Harper, "Inside the Smart Home") рассматривает два элемента, ставших поворотными моментами для внедрения и продвижения бытовых технологий в семьях среднего класса: проведение электричества в дома в начале ХХ века и внедрение информационных технологий во второй половине ХХ века [7, 18].
На сегодняшний день существует несколько технологий, в которых успешно реализуется применение интеллектуальных технологий при создании систем "Умный дом".
Instabus (ЕIВ). Стандарт EIB (European Installation Bus - Европейская инсталляционная шина) разработана ассоциацией EIBA для автоматизации жилья и малых объектов. Основными производителями линейки устройств ЕIВ выступают компании ABB, Berker, Gira, Jung, Merten, Siemens. Один двужильный кабель - шина ЕIВ - объединяет все электрические устройства здания, которые обмениваются сигналами - «телеграммами» друг с другом, поэтому система отличается высокой гибкостью и надежностью.
В ЕIВ достаточно широкие возможности по расширению и перепрограммированию отдельных элементов уже функционирующего на базе ЕIВ «умного дома». К плюсам данного стандарта можно отнести:
- Оптимально построенная для автономного, надежного управления освещением, приводами механизмов, климат контроля.

- Система управления «Умный дом», выполненная на ЕIВ полностью автономна и независима от работоспособности компьютера визуализации, она может работать и сохранять в памяти логических модулей все режимы независимо от него.
- Электроустановка здания может быть выполнена гораздо проще, а позже без проблем расширения и модифицирования.
- Система безопасна, потому что к панелям управления происходят только сигналы управления низкого напряжения, а все силовые сети сведены к щетку.
- При изменении назначения или перераспределении помещений быстрое и легкое согласование системы Instabus ЕIB осуществляется простым перераспределением (изменением параметров) абонентов шины без необходимости прокладки новых электропроводок.
- ЕIВ - стандарт де-факто в автоматизации климатических систем и электроприборов

. Выбор внешнего вида универсальных выключателей для ЕIВ огромный и представлен различными производителями.
- Отличная проработка программно - аппаратного обеспечения компонентов, огромные возможности расширения.
А к основным недостаткам данной технологии следует отнести дороговизну при построении систем автоматизации крупных объектов.
Lon Works. Следующий стандарт LonWorks поддерживается ассоциацией EIBG (European Intelligent Building Group), в которую входят компании TAG, Andover Controls, Honeywell, Johnson Controls и многие другие. Преимуществом стандарта является возможность построения сети по принципу свободной топологии, главной ее особенностью является то, что доступ к управлению подобной сетью можно получить почти из любой точки такой системы. Так вот, с помощью архитектуры LonWorks можно осуществлять контроль и регулирование таких функций, как отопление, кондиционирование, вентиляция, увлажнение воздуха, подогрев пола, охранная и пожарная сигнализация, управление светом. Суть технологии состоит в том, что все инженерные системы объекта обмениваются данными о своем состоянии, выполненных действиях или полученных командах с помощью единой сети по специально разработанным в рамках LonWorks протокола LonTalk. В качестве физического интерфейса передачи данных часто используется интерфейс, подобный полудуплексному многоточечному последовательному RS 485. На сегодняшний день интерфейс RS- 485 является одним из самых распространенных стандартов передачи данных на физическом уровне, то есть на самом нижнем (первом) уровне в рамках модели взаимодействия открытых систем OSI. Очень часто этот стандарт используется в случае необходимости связать между собой несколько различных устройств, выполненных на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК). Наряду с RS- 232, интерфейс RS- 485 нередко применяется и в компьютерной индустрии. С помощью RS- 485 можно построить сеть с участием 32 пар передатчик / приемник, но уже сегодня в спецификации стандарта введены изменения, которые расширяют возможности этого RS-протокола до 255 устройств, объединенных в одну сеть. А вот уже системы на основе LonWorks без особых проблем можно связать с сетью Internet, и с помощью стандартных средств связи осуществлять удаленный контроль и управление любой инженерной подсистемой. Следует отметить, что системы на базе LonWorks чаще применяются в больших домах и помещениях.


2. Механизм реализации интеллектуальных технологий при создании систем «Умный дом»

Важной особенностью и свойством «умного дома», что отличает его от других способов организации жилой среды, является то, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда житель дома выбирает один из запрограммированных сценариев, а уже автоматизированная система управления в соответствии с внешними и внутренними условиями задает параметры и отслеживает режимы работы всех инженерных систем и электроприборов [3].
Механизм реализации интеллектуальных технологий при создании систем «Умный дом» состоит из пяти основных групп (Рис.1): управление микроклиматом жилья, управление освещением, система безопасности, управление системами мультимедиа, управления бытовой техникой и электросетями. Рассмотрим каждую из них подробнее.
Управление микроклиматом. Создание и поддержание оптимального микроклимата жилища - важнейшее условие высокой работоспособности, продуктивного отдыха и здоровья жильцов дома или квартиры. Обеспечением этих условий занимаются следующие инженерные системы: отопление (теплый пол), вентиляция; кондиционирование; увлажнение / осушение воздуха.
Интеллектуальная система климат-контроля работает в соответствии с заложенными в нее алгоритмами, которые позволяют поддерживать параметры среды и различных климатических зон в помещениях при минимальных затратах энергоресурсов