Умный дом в сознании многих – это единый «организм» с его жильцами, обеспечивающий их безопасность, комфорт и различные удобства для жизни.
При этом отдельные составляющие такого дома «невидимы» для самих пользователей.
Подобно тому, как вы не замечаете современную операционную систему смартфона, а вызываете нужное приложение, так и умный дом должен обеспечивать своим владельцам оптимальные условия для времяпрепровождения с семьей, встреч с друзьями или решения повседневных задач.
В таком доме должны создаваться максимально комфортные условия для отдыха или работы, не отвлекаясь на бытовые мелочи и при этом экономя потребляемые энергоресурсы.
Очевидно, возникает вопрос, как построить такой идеальный дом или сделать свою квартиру «умной»? На самом деле ответ не совсем очевиден.
Экосистема цифровых умных зданий
Для современного умного здания (Smart Building), например, бизнес-центра или офисного помещения, решение проблемы достаточно прозаично.Проект такого сооружения уже будет включать в себя все компоненты и системы промышленной автоматизации.
Будет учтено наличие централизованной точки управления всеми компонентами здания, его экосистемой и коммуникациями с внешними сервисами.
С точки зрения управления и мониторинга в таком проекте будут использоваться системы промышленной автоматизации, системы управления технологическими процессами (системы SCADA/HMI) и облачные решения (Cloud Computing) от крупных вендоров.
https://www.youtube.com/watchЭv=j3LrU-CK5YU Для оснащения системы цифрового здания интеграторы вполне могут реализовать специализированные программные компоненты, которые свяжут воедино структурные компоненты здания.
Для решения этих проблем можно использовать такие технологии, как Microsoft Azure IoT Suite. На нижнем уровне в таких системах промышленной автоматизации будут работать специализированные исполнительные механизмы и датчики.
Эти системы используют стандартизированные промышленные протоколы для связи с контроллерами управления и последующей передачи информации в облако для визуализации текущих процессов в задаче, архивирования истории данных и выполнения алгоритмов, которые устанавливают рабочие параметры конечных устройств.
В настоящее время существует множество протоколов промышленной связи, например, Modbus, RS-485, Industrial Ethernet, CAN и другие, которые поддерживаются соответствующими контроллерами.
В то же время, благодаря фактической стандартизации, в сфере промышленной автоматизации всегда можно найти преобразователь интерфейсов связи из одной сети в другую.
Таким образом можно подключить всю сеть устройств автоматизации на уровне решения, например Industrial Ethernet. Главное для таких унифицированных систем – наличие драйвера OPC (Open Platform Communications), который позволит выбранной системе SCADA/HMI взаимодействовать с установленными промышленными контроллерами.
Умное здание вполне может управляться несколькими системами SCADA/HMI, не связанными друг с другом.
Например, системы: центрального кондиционирования, сигнализации, управления лифтом и многие другие системы вполне могут существовать самостоятельно.
При этом подобные решения на уровне здания также могут использовать общедоступные интернет-каналы для доступа к облачным сервисам и на их основе трансформироваться из обычной сети промышленной автоматизации в интеллектуальную систему умного здания.
Более того, многие датчики и исполнительные механизмы, имея дополнительный канал в Интернет, также становятся частью облака.
По сути, это концепция Интернета вещей, когда множество устройств и систем могут взаимодействовать с облаком, устанавливая на его основе соединения друг с другом.
Но кто возьмет на себя ответственность, если доступа в Интернет не будет? Фактически системы промышленной автоматизации устроены таким образом, что в случае нарушения связи или других поломок всегда должен выполняться аварийный протокол.
Например, без связи с «внешним миром» привод должен перейти в заранее запрограммированный и заранее запрограммированный режим, даже в случае пропадания электроэнергии в системах жизнеобеспечения человека всегда должен быть предусмотрен комплекс мер.
реагировать на такую аварийную ситуацию.
В свою очередь, облачное решение на примере Microsoft Azure может представлять собой целый комплекс, состоящий из компонентов, взаимодействующих между собой на основе открытого API (интерфейса прикладного программирования).
Таким образом, информацию от датчиков и систем умного дома можно отправлять в службу Microsoft Azure IoT Hub. Этот облачный сервис позволяет как получать, так и передавать команды управления исполнительным устройствам.
В случае периодического отсутствия подключения к Интернету с помощью сервиса Azure IoT Edge можно передать часть интеллектуальной собственности облака конечным устройствам, которые смогут выполнять программный код автономно и при возобновлении связи , синхронизировать свои данные и алгоритмы работы с облаком.
В самом облаке Microsoft Azure, помимо использования сервисов хранения данных, поток информации из Центра Интернета вещей может обрабатываться с помощью простых сценариев Azure Stream Analytics, которые написаны на языке, похожем на стандартный язык запросов SQL. При этом анализ потоков данных осуществляется практически в режиме реального времени.
Дело в том, что Microsoft обещает очень низкую задержку для сервисов Stream Analytics. Записанные данные можно передать в службу Центров событий, предназначенную для работы с телеметрией.
Здесь данные будут организованы и, например, переданы с помощью Advanced Message Queuing Protocol (AMQP) другим службам обработки данных.
Облако Microsoft Azure для систем Интернета вещей поддерживает стандартные протоколы обмена сообщениями Message Queue Telemetry Transport (MQTT) и программирование своих устройств и задач на универсальных языках: Java, JavaScript, C, C# и Python. Для визуализации данных вы можете использовать Microsoft Azure IoT Hub в сочетании со службой бизнес-аналитики Power BI. Также данные, поступающие в облако, могут обрабатываться с помощью алгоритмов машинного обучения, где пользователю необходимо построить алгоритм обработки данных в среде Microsoft Azure Machine Learning Studio. Например, в проекте могут использоваться технологии искусственных нейронных сетей, регрессионный анализ и другие подобные решения.
От разработчика требуется только разместить на схеме нужный блок.
Если что-то не работает, вы всегда можете заменить ранее выбранный блок на другой.
Таким образом, в проект здания внедряются по-настоящему интеллектуальные алгоритмы и компоненты.
Но это еще не все возможности Microsoft Azure; если разработанное решение интересно и тиражируемо, то его можно опубликовать в Azure Marketplace и предоставить другим пользователям этого облака как готовый сервис.
Microsoft — не единственная компания, предоставляющая облачные вычисления для технологий Интернета вещей.
Вам также следует обратить внимание на платформу AWS IoT от Amazon, когнитивные инструменты Watson IoT от IBM и решения других поставщиков.
Но это отдельная история о выборе архитектуры проекта, используемых протоколах и взаимодействии интеллектуальных устройств в умном здании.
Мы должны понимать, что масштаб рассматриваемых решений огромен, как и их возможности для всей экосистемы умных зданий.
Конечно, такой проект будет существенно дороже, если рассматривать его применительно к частному дому или квартире.
А вот для коммерческого здания или отдельного инновационного здания эти затраты вполне оправданы, тем более что синергетический эффект от внедрения такой системы превысит вложения.
Но что делать обычному человеку, желающему получить гибкую и интеллектуальную инфраструктуру для своего дома и своих нужд прямо сейчас?
Перспективы концепции умного дома
Сравнив задачи, стоящие перед системами умного здания и умного дома, можно прийти к выводу, что для дома задачи, решаемые системами, все равно будут более сложными, а функционал более расширенным.Возможно, именно по этой причине до сих пор умный дом является скорее недостижимой или, правильнее сказать, труднодостижимой целью, и мы видим лишь редкие ее проявления.
Все причины этого, если разобраться, кроются в задачах и целях такого дома, а также его цене.
По сравнению с коммерческим зданием или помещением, где перед началом эксплуатации можно предоставить инструкции по технике безопасности и особенностям автоматизированных и автоматических систем здания, для умного дома это сделать будет гораздо сложнее.
Как правило, потребители не любят разбираться с деталями и учатся интуитивно использовать и применять свою интеллектуальную электронику.
С точки зрения потребителей, как и должно быть, такой подход естественен, но стоит отметить, что лишь совсем недавно начали появляться системы, безопасные для окружающих и в то же время имеющие удобный и интуитивно понятный интерфейс.
Более того, жильцами умного дома, а точнее его комнат, вполне могут стать дети, домашние животные, ничего не подозревающие гости и так далее.
С другой стороны, следует отметить, что еще одним фактором, сдерживающим быстрое развитие компонентов умного дома, является относительно высокая цена его компонентов.
Например, основу умного дома составляет множество различных электрических и электромеханических систем, информационных коммуникаций, интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов, и не следует забывать о вычислительном центре или «кибернетическом мозге» умного дома.
Разумеется, цена таких комплектующих должна быть доступной многим группам разных потребителей.
Современная электроника стремительно развивается, что в целом приводит к снижению стоимости умного дома.
Всего за несколько лет, например, сменились поколения лампочек: от обычной лампы накаливания, управляемой диммером, люминесцентных энергосберегающих ламп до светодиодных ламп и, наконец, появления умных лампочек.
Такая умная лампа, например Philips Hue, Xiaomi LED Ceiling Light или любая попроще, представляет собой светодиодную лампу с обычным цоколем или целый осветительный прибор, но такое устройство содержит контроллер, который управляет свечением: яркостью и/или цветовая гамма в зависимости от модели.
Но главное — устройство оснащено встроенным контроллером, с которым вы можете общаться по стандартным каналам связи: Wi-Fi (802.11), Bluetooth, а также управлять светильником со смартфона.
Но даже здесь между смартфоном и лампой может понадобиться посредник или шлюз (Gateway), который, как и в лампочках Philips Hue, «пересылает» данные из внутренней беспроводной сети устройств ZigBee (802.15.4) в дом.
Wi-Fi роутер.
На простейшем примере умных ламп становится понятно, что проектирование умного дома – очень сложная задача.
Все сводится к стандартам и совместимости.
Если со стандартами все более-менее понятно, потому что они хорошо документированы, то, казалось бы, совместимость устройств по каналам передачи данных можно просто обеспечить через шлюз.
Он позволяет «пересылать» пакеты данных из одной физической сети в другую, например, из той же сети ZigBee или из популярной специализированной сети для передачи команд управления Z-Wave, созданной специально для решения задач умного дома, на домашнюю локальную сеть.
Сеть, например, построена на основе проводной технологии Ethernet и беспроводного маршрутизатора Wi-Fi. Но основная проблема совместимости на самом деле кроется в содержимом самих пакетов данных.
Если физические сети связи хорошо документированы и стандартизированы, то внутренние протоколы тех же умных ламп или других устройств де-факто реализованы и документированы внутри компании-производителя или даже изолированы на уровне одной ее линейки устройств.
Но не все так плохо для конечного пользователя.
В последнее время наблюдается примечательная тенденция открытия внутренних протоколов связи устройств в виде программных API. На основе таких открытых систем уже можно интегрировать устройства разных поставщиков в единую инфраструктуру умного дома.
В конечном итоге все, что нужно, — это загрузить подходящее приложение на свой смартфон.
По сути, смартфон становится единым информационно-коммуникационным центром умного дома.
Некоторые производители, например Xiaomi из линейки Redmi, часто встраивают в свои смартфоны инфракрасный передатчик.
Это позволяет, скачав специализированную программу, подключиться к старой технике, которая управляется с помощью пульта с инфракрасным сигналом.
После этого обычный телевизор, стереосистема или кондиционер сможет принимать команды со смартфона, главное наличие передатчика в телефоне и поддержка модели оборудования в выбранной программе из Google Play Store или аналогичного решения.
из экосистемы Apple. 
С другой стороны, смартфон может управлять и взаимодействовать с современными компонентами умного дома, адаптированными для работы с Wi-Fi, Bluetooth и, конечно же, с теми, которые имеют прямой доступ в Интернет. Смартфон вполне может стать своего рода сенсором.
Например, умный термостат Nest на основе определения местоположения владельца с помощью смартфона может понять, находится ли хозяин внутри дома или уже далеко за его пределами, и соответственно подстраивает оптимальный режим отопления под ситуацию.
В то же время смартфон не становится незаменимым при взаимодействии с интеллектуальными системами.
Вы всегда можете перейти на свое устройство Nest и изменить его настройки.
Следует отметить, что данные термостаты могут взаимодействовать с совместимыми устройствами других производителей, и это важная особенность при создании инфраструктуры умного дома.
Также может оказаться целесообразным добавить в инфраструктуру умного дома центральную панель управления Zipato ZipaTile. Такая панель представляет собой контроллер умного дома, работающий с различными физическими интерфейсами и беспроводными сетями, при этом сама система работает на операционной системе Android, фактически предоставляя приложения для управления экосистемой умного дома.
В то же время, если вам неудобно использовать сенсорную панель в качестве интерфейса умного дома, сегодня вы можете использовать голосовое управление Google Home, Amazon Alexa или других поставщиков.
Современные системы, позиционируемые как системы «умный дом», — это, прежде всего, решения безопасности: охранная сигнализация, системы видеонаблюдения, пожарная сигнализация, системы контроля качества воздуха и различные электронные замки.
Далее следует отметить системы комфорта и обеспечения экологичности и экономичности дома: возможность использования солнечной энергии, энергии ветра, системы контроля потребления энергоресурсов, тепла, воды.
При этом умный дом вряд ли обойдется без систем комфорта: домашнего кинотеатра, систем управления освещением и умных розеток, способных обеспечить режим включения/выключения, например, обычной бытовой техники и другого поддерживаемого оборудования.
И многие другие.
Но все эти системы, если они установлены независимо друг от друга, не будут взаимодействовать друг с другом, поэтому назвать такое решение умным домом мы не можем – это просто системы домашней автоматизации.
Кстати, огромный толчок развитию систем домашней автоматизации дало появление плат типа Arduino. Эти платы предназначены для быстрого прототипирования электронных устройств.
Такая плата представляет собой печатную плату определенного форм-фактора с запаянным на нее микроконтроллером, выводы которого соединены с разъемами, к которым можно подключать карты расширения, например, контроллеры сетей передачи данных, системы регистрации данных, элементы управления и тому подобное.
решения.
Такие платы или модули в терминологии Arduino — Шилды, доступны от различных поставщиков благодаря полностью открытой архитектуре проекта.
Также, если энтузиасты не найдут нужный им Shield, они всегда могут разработать и спаять собственное решение.
Огромным преимуществом Arduino стала не только стандартизация форм-фактора устройства, но и появление очень простого языка программирования, аналогичного C/C++, и кроссплатформенной среды разработки, созданной на основе проекта Processing. Если производительности Arduino недостаточно, например, для решения задач домашнего медиацентра или создания шлюза, то можно воспользоваться разработками другого открытого проекта, но на базе процессора семейства ARM. Это известный проект Raspberry Pi, который уже может работать под управлением операционной системы на базе ядра Linux или модифицированной версии Android, а также операционной системы Microsoft Windows 10 IoT Core и других.
На базе Arduino вполне возможно построить умный датчик или создать интеллектуальное управляющее устройство.
Идея таких конструкций заключается в том, что микроконтроллер получает данные от сенсорного элемента или подключается к системам управления, таким как реле и тому подобное.
В отличие от простых датчиков и исполнительных механизмов, интеллектуальные системы могут выполнять свою программу.
Такие интеллектуальные датчики или устройства управления должны не только работать по внешним командам, но и выполнять заранее запрограммированный набор действий в случае возникновения аварийной ситуации, когда линия связи обрыва.
Кроме того, следует отметить, что при разработке систем домашней автоматизации всегда следует продумывать механизмы поведения подсистем и компонентов при аварийном отключении электроэнергии.
Очевидно, что логика работы интеллектуальных систем управления должна предусматривать любые нештатные ситуации.
Такие случаи следует заранее предусмотреть в системе и к реализации мер безопасности подходить не с позиций аварийной ситуации, а с позиций штатной работы устройства, гарантирующей определенные меры безопасности и надежности.
Как уже отмечалось, решения «сделай сам» или «сделай сам» способствуют быстрому развитию систем домашней автоматизации.
Не следует забывать, что в отличие от сертифицированной продукции, использование которой возможно только при регламентированных условиях эксплуатации, для разработки прототипов необходимо обладать навыками и знаниями в области электроники, электрических систем и соблюдать все меры безопасности.
Такие компоненты, как Arduino, предоставляются «как есть», без каких-либо гарантий и рисков для потребителей.
Вводя в эксплуатацию собственные разработки на основе таких решений, вы можете негативно повлиять на благополучие своего дома, своей жизни и окружающих, если не примете необходимые меры безопасности и не будете воспринимать подобные системы как прототипы продукции.
Далее следует позаботиться о надежности и безопасности полученного образца, который может стать коммерческим продуктом на примере многих успешных современных стартапов.
Итак, домашняя автоматизация сейчас как никогда находится на пике развития и совершенствования своих потребительских систем, но на самом деле подобные проекты всегда решают задачи на уровне конкретной системы умного дома или ее отдельного компонента.
И здесь, в отличие от задач умного здания, умный дом не нуждается в поддержке слишком сложных расчетов и алгоритмов, обеспечивающих взаимодействие всех компонентов проекта.
Можно обойтись ресурсами небольшого домашнего сервера.
Легко проследить тенденцию создания централизованных систем «умного дома», где каждый интеллектуальный датчик или исполнительный механизм подключен к главному узлу или концентратору.
В качестве примера можно выделить популярные открытые проекты: OpenHAB, Domoticz, MajorDoMo и другие, суть которых сводится к тому, что сервер умного дома разворачивается внутри помещения и на его основе происходит взаимодействие компонентов всей экосистемы умного дома.
построен.
Более того, такой хаб сам по себе может быть достаточно интеллектуальным устройством, а при нехватке вычислительных ресурсов всегда можно арендовать сторонние облачные сервисы и сервисы, например, когнитивные сервисы, машинное обучение и другие.
Если посмотреть на тенденции развития концепции умного здания и совершенствования систем Интернета вещей, то сразу становится очевидным, что сейчас каждый компонент, система, датчик или исполнительное устройство практически немыслимы без доступа в Интернет. При этом наблюдается явная тенденция отхода от централизации управления и делегирования решения проблем взаимодействия систем умного дома в среде облачных вычислений.
В этом и заключается синергия компонентов умного дома.
Когда, например, с помощью протокола MQTT все системы будут передавать сообщения, а устройства, заинтересованные в определенных данных, будут подписываться на нужные им сообщения и на основе этой информации принимать решения, способствующие сбалансированной «жизни» цифрового дома.
.
Таким образом, можно говорить о трансформации систем домашней автоматизации в умный дом на основе использования технологии Интернета вещей.
Хотя такие системы только начинают разрабатываться и совершенствоваться, нет сомнений в том, что они обладают очень большим потенциалом с точки зрения облегчения построения интеллектуальных решений.
В этом случае пользователям системы не нужно будет писать множество программ.
По принципу загрузки программного обеспечения для смартфона из виртуального магазина вы сможете «скачать» и использовать необходимое программное обеспечение для вашей системы, адаптируя его для решения своих задач, получая все преимущества технологий цифрового умного дома.
Пробовали ли вы использовать системы домашней автоматизации? У вас есть собственный успешный опыт строительства умного дома или вы эксперт в технологиях умного строительства? Какие-то части этой публикации интересны, а может быть, наоборот, непонятны? Поделитесь своим мнением и мыслями в комментариях.
Интересные ресурсы и ссылки:
- Архитектура Интернета вещей для умных зданий: подробное описание первого участия Microsoft в создании энергоэффективных зданий – Channel 9
- Подключение зданий к облаку для более экологичной планеты — истории клиентов Microsoft
- Microsoft Azure IoT Suite — облачное решение Microsoft IoT
- Как работает платформа AWS IoT – Amazon Web Services
- Watson Интернет вещей – IBM
- Внутри умного дома Apple – TechCrunch
- Обзор светодиодных Wi-Fi ламп Philips Hue — THG.ru
- Nest — обучаемый термостат третьего поколения — PCMag English Edition
- Система управления умным домом Zipato ZipaTile – iXBT.com
- Как построить умный дом на базе Arduino — CodeProject
- 11 DIY-проектов, которые превратят ваш дом в умный дом
- Сравнение Google Home и Amazon Alexa – Geektimes
- 9 платформ домашней автоматизации с открытым исходным кодом для ваших проектов
- Как Интернет вещей и автоматизация умного дома изменят наш образ жизни – Business Insider
-
Типичный Ремонт Компьютеров
19 Oct, 24 -
Все О Sony Vaio Vpc-F Серии 13Wfx/B
19 Oct, 24 -
Новая Версия Задач От Aol
19 Oct, 24 -
Будет Ли Представлен Video Ipod 23 Октября?
19 Oct, 24 -
Игровая Клавиатура Warrior Xxtreme
19 Oct, 24
