Что такое умный дом?

Умный дом — это комплекс программно-аппаратных систем, выполняющих функции оптимизации жизнедеятельности и контроля функционирования технологических систем.

Потенциально система «умный дом» способна автоматизировать:

• управление исполнительными устройствами интегрированных инженерных систем через настенные и дистанционные пульты и панели управления. Например, управление работой электрических приборов посредствам пульта дистанционного управления;
• климат-контроль – представляет собой автоматическую регуляцию температуры и влажности микроклимата во всем здании и в его отдельных помещениях;
• управление освещением, которое включает автоматическую корректировку работы осветительных приборов, управление ставнями на окнах и жалюзи. Данная опция позволяет максимально оптимизировать расход электроэнергии;
• управление энергоснабжением, чтобы оно было беспрерывным и максимально экономичным. Систему можно настроить, чтобы она в случае необходимости автоматически переключалась на альтернативные источники электроэнергии;
• обеспечение безопасности представляет собой индивидуально заданные настройки для систем видеонаблюдения, контроля и управления доступом, а также пожарной и охранно-тревожной сигнализаций. «Умный дом» даже можно запрограммировать на имитацию присутствия в доме хозяев, что делают в целях предотвращения вторжения извне;
• управление развлекательной инфраструктурой, в которую объединены все мультимедийные устройства, а также громкая связь в доме и удаленное использование домофона.управление исполнительными устройствами интегрированных инженерных систем через настенные и дистанционные пульты и панели управления. Например, управление работой электрических приборов посредствам пульта дистанционного управления;
• климат-контроль – представляет собой автоматическую регуляцию температуры и влажности микроклимата во всем здании и в его отдельных помещениях;
• управление освещением, которое включает автоматическую корректировку работы осветительных приборов, управление ставнями на окнах и жалюзи. Данная опция позволяет максимально оптимизировать расход электроэнергии;
• управление энергоснабжением, чтобы оно было беспрерывным и максимально экономичным. Систему можно настроить, чтобы она в случае необходимости автоматически переключалась на альтернативные источники электроэнергии;
• обеспечение безопасности представляет собой индивидуально заданные настройки для систем видеонаблюдения, контроля и управления доступом, а также пожарной и охранно-тревожной сигнализаций. «Умный дом» даже можно запрограммировать на имитацию присутствия в доме хозяев, что делают в целях предотвращения вторжения извне;
• управление развлекательной инфраструктурой, в которую объединены все мультимедийные устройства, а также громкая связь в доме и удаленное использование домофона.

Основные сферы оптимизации:

1. Безопасность — повышение уровня безопасности за счёт постоянного контроля параметров работы технологических систем (отопление, водоснабжение, электричество и т.п.), а так же интеграция охранных компонентов (сигнализация, видео-наблюдение, GPS-трэкинг);
2. Экономия — поддержка оптимальных параметров энерго-потребления (электричество/тепло) и автоматический перевод систем в экономичный режим;
3. Комфорт — централизованное управление всеми системами, автоматические сценарии последовательных действий, работа с мульти-медиа.

Интеллектуальный дом - это здание, которое имеет систему датчиков, детекторов и один интегрированный механизм, который отвечает за управление всеми установками в здании. Членам семьи, использующие это «устройство», гарантируются не только большой комфорт, но и безопасность, а также низкие эксплуатационные расходы. Все это благодаря интегрированной системе автоматизации, которая работает в сети связи.

Система управления умным домом делится на три основных функции:

1. Управление различным оборудованием вашего дома из одной точки. С помощью устройств управления(смартфоном, планшетом, персональным компьютером и т.д. ), вы можете управлять всеми умными устройствами, которыми оборудованы ваши апартаменты;
2. Выполнение сценариев. Сценарий – это совокупность заранее согласованных с пользователем запрограммированных действий, которые система умный дом выполняет по команде;
3. Автоматическое управление умным домом. В этом случае система сама принимает решения о тех или иных действиях, например, поддерживая постоянной температуру в помещении, ориентируясь на показатели термометра. Аналогичным образом можно управлять, например, электрической сауной или поливом растений.

Какие основные типы умного дома бывают?

Все современные системы можно разделить по множествам параметрам, но я разделю по типу потребления:

1. Масс-маркет. Комплекс устройств одного или нескольких брендов(Яндекс "Алиса", Mi home, Sber Devices и т.д. ), которые можно купить в магазинах, настроить самому и объединить в систему;
2. Частные. Комплекс программно-аппаратных систем, разработанных на заказ по конкретному шаблону и настроенных под конкретного клиента.
3. Индивидуальные. Комплекс программно-аппаратных систем, разработанных на заказ с нуля, под конкретного человека.
4. DIY. Да этот тип можно отнести и к предыдущему, но главное отличие от индивидуального это, то что ты берешь ответственность за систему на себя, а в случае с индивидуальным типом, всю ответственность берут на себя профессионалы.

Что же такое «умный дом» с технологической точки зрения?

Умный дом - это система управления зданием (АСУЗ), позволяющая автоматизировать все инженерные системы, существующие в доме. Речь идет о вентиляции и кондиционировании, энергоснабжении и освещении, отоплении, пожарной и охранной сигнализации, видеонаблюдении и контроле и управлении доступом, и многом другом.

Технология «умный дом» состоит из трех уровней автоматизации, каждый из которых выполняет определенные функции:

1. Верхний уровень позволяет управлять комплексом умного здания. Он представлен специальным программным обеспечением, и понятным для пользователей интерфейсом, выводимым на специальный сенсорный экран или на компьютер или смартфон.
2. Средний уровень обеспечивает связь между отдельными компонентами системы и представлен разного рода коммутаторами, контроллерами, выключателями и пультами управления, в т.ч. дистанционными.
3. Нижний уровень представляет собой совокупность всех исполнительных устройств и разнообразных датчиков, которые фиксируют изменения заданных показателей, сообщающихся с приборами среднего уровня автоматизации.

Умный дом - какие элементы он может содержать?

Система управления и умный дом может состоять из множества элементов. Их количество зависит, прежде всего, от степени развития архитектуры. Некоторые из них будут отвечать за безопасность, вторые будут повышать энергоэффективность здания, а третьи будут способствовать высокому комфорту использования.

В составе «умного дома» могут от одной и более инженерных систем. Независимо от их количества в конструкции автоматизированного комплекса автоматизации домашних процессов входят в несколько категории устройств:

• Контроллеры – они представлены администрирующими устройствами, которые объединяют все элементы системы в единый комплекс, и через которые жильцы управляют автоматизацией.
• Датчики – представлены разнообразными считывателями информации из окружающей среды, которые могут также производить замеры заданных параметров. Сигналы с датчиков направляются на контроллеры, которые осуществляют их обработку и запускают действие определенного сценария.
• Актуаторы – представлены исполнительными устройствами, которые непосредственно выполняют команды, поступающие с контроллеров. Примером актуатора могут служить: механический привод, выключатель, пожарная сирена, блокировочный клапан на труде, и т.д.
• Смешанные - представляют собой комплекс устройств, в состав которых входит все выше сказанное.

Отправка сигналов от датчиков и сенсоров к контроллерам в системах «умный дом» осуществляется по протоколам различным протоколам связи, чаще все по протоколам Wi-Fi и Bluetooth.

Еще можно выделить виды умных домов с технической точке зрения по основным признакам:

• проводные;
• беспроводные;
• централизованные;
• децентрализованные;
• с открытым протоколом;
• с закрытым протоколом .

Проводные системы автоматизации

В таких системах все устройства связываются одной проводной информационной шиной, которая передает сигналы-сообщения к исполнительной технике в главном щите. Для проводной шины подходят специальные кабеля, но иногда используют обычные витые.

Беспроводная автоматизация

Элементы системы Умный дом взаимодействуют по радиоканалам, проводов нет. Панель управления умным домом может монтироваться на готовом объекте с классической проводкой. В каждом выключателе есть радиопередатчик для связи с остальной системой.

Централизованная система умного дома

Технология поддерживается проводными и беспроводными системами. Один центральный логический модуль-контроллер с множеством выходов программируется согласно объекту, на котором устанавливается. Программа управляет исполнительными устройствами, инженерными системами. С такими типами умных домов работают производители Ctestron, AMX, Evika, Z-wave, Bechoff, Ectostroy.

Децентрализованная автоматизация

При децентрализованной системе Умный Дом в каждое отдельное устройство устанавливается процессор с запрограммированной памятью. Если что-то выходит из строя, вся остальная система продолжает работать исправно. В Европе такой тип умных технологий самый популярный.

Системы с открытым протоколом

Протоколы Умного Дома – языки общения устройств между собой при использовании технологии. Самым популярным открытым протоколом считается KNX, и логотип компании на устройствах говорит о надежности и качестве.

Системы с закрытым протоколом

Компании для удешевления стоимости оборудования создают устройства, работающие на внутреннем закрытом протоколе фирмы. Эти устройства уникальны, так как никто больше их не изготавливает.

Протоколы связи для "умного дома":

Для самостоятельного проектирования устройств умного дома, то первым делом необходимо определиться, какой именно протокол будут использовать компоненты системы для связи друг с другом. Возможных вариантов на удивление много, так что расскажем о стандартах, пользующихся наибольшей популярностью в России и Европе.

Виды протоколов связи:

• 1-Wire
• X10
• KNX
• Wi-Fi
• Bluetooth
• ZigBee
• Z-Wave
• Insteon
• Thread

1-Wire

Пожалуй, самый банальный способ связать все устройства воедино — это взять на вооружение стандарт 1-Wire. Дело в том, что основной магистралью для передачи данных здесь выступает двунаправленная шина, которая в простейшем случае выглядит как двужильный провод. Другими словами, при создании сети можно обойтись даже дешевым телефонным кабелем. Один провод в данном случае используется для питания и передачи данных, другой — для заземления. Топология сети — общая шина, т. е. ведомые устройства буквально «нанизываются» на единый кабель, как бусины на нить. Конечно, сеть 1-Wire не обязана выглядеть топорно: можно взять за основу качественную «витую пару» или FireWire-кабель, а компоненты подключить через RJ-розетки. Собственно, чем добротнее организована сеть, тем большую протяженность она может иметь: в идеальных условиях это значение достигает 300 метров. Тем не менее, главная «фишка» данного стандарта: дешевизна и неприхотливость. Есть у него и негативная характеристика: низкая отказоустойчивость.

«Гирлянда» из устройств 1-Wire, как правило, подключается к компьютеру — для этого используются специальные адаптеры. Реже управление сетью отдается на откуп микроконтроллеру. Обычно список используемых компонентов 1-Wire ограничивается датчиками температуры, освещенности, влажности и протечки, а также электрическими розетками, способными включаться и отключаться по команде. В некоторых случаях данное решение также используется для управления освещением. В целом, 1-Wire подойдет экономным пользователям, которые не предъявляют серьезных требований к функционалу умного дома.

X10

X10 — стандарт, разработанный еще в далеком 1975 году. Пик его популярности уже позади, но, тем не менее, он по-прежнему активно используется при проектировании умных домов. Секрет подобной живучести — необычайная универсальность при относительно низкой стоимости. В отличие от 1-Wire, X10 не требует прокладки специального кабеля: для передачи сигнала используется электропроводка здания. Также предусмотрена возможность использования трансиверов, которые ловят радиосигнал от беспроводных устройств, преобразуют его в нужный формат и передают в электрическую сеть. Данная функция используется для взаимодействия с датчиками и пультами ДУ.

X10 может похвастаться обилием всевозможных исполнительных модулей (актуаторов): при их должной подборке, автоматика способна управлять электроприборами, освещением, отоплением, вентиляцией и охранными системами. Можно даже заставить ваш дом самостоятельно осуществлять полив растений и регулировать степень открытия оконных штор на основании различных факторов. Для корректной работы всего этого добра необходимы специальные контроллеры. Как правило, их можно единожды запрограммировать с помощью компьютера, и в дальнейшем они будут выступать в качестве независимых устройств.

Серьезным недостатком X10 является низкая скорость передачи данных, из-за которой отклик на какое-либо действие происходит с секундной задержкой. Ну, а поскольку команды передаются последовательно, то, скажем, организовать сложное динамическое освещение посредством данного протокола практически невозможно. Кроме того, для использования X10 может потребоваться незначительная доработка электропроводки.

KNX

KNX — дорогостоящий вариант, пользующийся популярностью в Европе. Стандарт характеризуется обилием заложенных в него функций, а также сложностью проектирования и монтажа. В качестве среды для передачи данных протокол KNX может использовать шину (витую пару), электрическую сеть или радиоканал. Чаще всего применяется первый вариант, нередко необходимые провода прокладываются совместно с силовыми кабелями еще на этапе строительства. Стандарт предусматривает различные варианты топологии сети. Итоговая система обязана иметь собственный источник питания, но при этом в ней может отсутствовать центральный контроллер, т. е. KNX позволяет создавать децентрализованные решения, в которых сенсоры и исполнительные модули взаимодействуют напрямую. Протокол подходит для автоматизации крупных зданий, в одну сеть можно объединить до 58000 устройств. Актуаторы в данном случае отличаются разнообразием и позволяют под завязку «упаковать» дом нетривиальным функционалом.

С программно-аппаратной точки зрения KNX хорош — это серьезный стандарт для решения серьезных задач. Вот только он плохо подходит для энтузиастов-одиночек: оборудование стоит дорого и связать его воедино непросто. Ну а если доверить проектирование и монтаж KNX-решения специалистам, то итоговая стоимость проекта будет совсем уж неприличной.

Wi-Fi

Вездесущий Wi-Fi используется практически в каждом умном доме. Обычно этот стандарт связи применяется для того, чтобы подружить смартфон или планшет с уже готовой автоматизированной системой. Мобильное устройство всегда под рукой, а потому управлять домом с его помощью, порою, удобнее, чем использовать для этой цели компьютер, настенную сенсорную панель, пульт ДУ или интерпретатор речи. Особенно это актуально в тех случаях, когда для взаимодействия с системой предусмотрено специальное приложение, а не только веб-интерфейс.

Иногда Wi-Fi применяется для связи с устройствами, которые могут функционировать автономно, без помощи «умной» сети.

Bluetooth

Еще один протокол, который есть практически у всех под рукой, во всяком случае, в вашем телефоне. Протокол работает на тех же частотах, что и wi-fi, что негативно сказывается на его помехоустойчивости, к тому же дальность оставляет желать лучшего. При этом устройства на таком интерфейсе автономны и очень недороги, к тому же с появлением bluetooth mesh и шлюзов, которые управляют этими сетями появляется возможность масштабировать свою сеть умных устройств. Но на данный момент все равно это очень странный и недостаточно надежный и распространенный протокол для проектирования на нем умного дома.

ZigBee

ZigBee — протокол связи по радиоканалу, превосходно вписывающийся в концепцию умного дома. Во-первых, стандарт позволяет создавать датчики с низким энергопотреблением и превосходной отзывчивостью: большую часть времени их беспроводные модули находятся в спящем режиме, но на пробуждение последних тратится всего 15 миллисекунд.  Во-вторых, ZigBee поддерживает ячеистую топологию сети, при которой отдельные компоненты могут выступать в качестве посредника, передающего сигнал от одного устройства к другому. Подобная структура способна к самоорганизации и самовосстановлению, выход из строя одного-двух элементов, как правило, не приводит к серьезным последствиям. Ячеистая топология также позволяет существенно увеличить область покрытия беспроводной сети, так что при грамотном подходе ZigBee можно использовать для автоматизации не только жилых домов, но и крупных рабочих помещений.

Компоненты сети разделяются на три типа: координаторы, маршрутизаторы и конечные устройства. Первые берут на себя функции управления сетью, т. е. в системе обязательно должен присутствовать хотя бы один координатор. В роли маршрутизаторов выступают устройства-посредники. Они обязаны быть «на взводе» постоянно, и потому нуждаются в питании от электросети. Конечные устройства — это всевозможные датчики и контроллеры исполнительных устройств. Они могут работать от комплекта батареек месяцами и даже годами.

В целом, ZigBee подходит для решения всех типовых задач, связанных с проектированием умного дома. При этом стоимость оборудования можно назвать умеренной, да и процесс монтажа относительно прост. Впрочем, есть у стандарта и небольшой минус: ZigBee-устройства разных производителей нередко оказываются несовместимыми.

Z-Wave

Z-Wave — протокол беспроводной связи, который во многом схож с ZigBee — здесь и низкое энергопотребление, и поддержка ячеистой топологии сети. Эти стандарты также сопоставимы по стоимости оборудования. Разумеется, при детальном изучении протоколов можно обнаружить некоторые различия в технической части, однако куда важнее тот факт, что их разработчики по-разному относятся к вопросу стандартизации. У Z-Wave с этим строго: все устройства, вне зависимости от фирмы-производителя, базируются на беспроводных модулях Sigma Designs (именно эта компания разработала протокол). Как следствие, все они совместимы друг с другом. Также для данного стандарта выпущено меньше программного обеспечения, нежели для ZigBee, но зато оно гарантированно работает с любым оборудованием Z-Wave.

Таким образом, Z-Wave — это конструктор LEGO от мира умных домов. Да, это не самый дешевый и не самый надежный вариант, но для тех, кто хочет самостоятельно автоматизировать свое жилище, он подойдет как нельзя кстати.

Insteon

Insteon пользуется большой популярностью в США, однако в Европу и Россию он пришел совсем недавно. Фактором, сдерживающим распространение, стала несовместимость изначальной версии протокола с нашими электросетями: как и X10, Insteon использует проводку здания для передачи сигналов. Однако, в отличие от устаревшего конкурента, новый стандарт также поддерживает связь по радиоканалу, причем проводная и беспроводная сеть функционируют одновременно, дополняя друг друга и существенно повышая надежность автоматизированной системы. Кроме того, у Insteon нет проблем с отзывчивостью, свойственных X10.

К плюсам Insteon также можно отнести ячеистую топологию сети и совместимость с устройствами X10: есть возможность постепенно перейти со старого стандарта на новый. Интересная особенность — возможность организовать работоспособную сеть без использования центрального контроллера. Конечно, в этом случае функционал умного дома будет сильно ограничен, но сам факт радует.

С точки зрения проектирования, он схож с Z-Wave: все жестко стандартизировано, значительная часть оборудования выпускается под брендом Insteon самими создателями протокола — фирмой Smartlabs. Систему для умного дома на основе нового стандарта можно собирать постепенно, докупая необходимые компоненты по ходу. В общем, Insteon хорош. К его минусам можно отнести разве что проблемы с доступностью нужного оборудования в России.

Thread

Один из современных протоколов связи. Топология сети с использованием данного протокола представляет собой ячеистую сеть с обеспечением соединения «устройство-устройство» и «устройство-облако». Протокол Thread использует технологию 6LoWPAN, которая предоставляет каждому узлу в сети IP-адрес, следовательно, поддерживает адресацию IPv6. Одними из главных отличительных особенностей данного протокола является надежная система защиты информации (шифрование AES) и низкое энергопотребление.

Технические характеристики:

• дальность действия: до 30 м (теоретически);
• максимальное количество устройств: 250-300 шт.;
• скорость: 250 кбит/с;
• частота: 2,4 ГГц.

Thread применяется в качестве протокола для домашней автоматизации, общения устройств в рамках концепции умного дома: управление освещением (удаленное включение/ выключение лампочек с помощью смартфона), безопасность (открытие/закрытие замков с использованием смартфонов), климат-контроль, умная техника (холодильник, стиральная машина, мультиварка и т.д.) и многое другое.

Что входит в состав умного дома?

Что контролирует умный дом? На самом деле выбор устройств во многом зависит от креативности владельцев.

Умные домашние устройства:

(Устройство - пример функционала)

• Телевизоры и колонки - управление телевизором или аудиосистемой;
• Калитки, ворота - дистанционное открытие и закрытие;
• Жалюзи, шторы, навесы или рулонные шторы - закрывающиеся и открывающиеся в определенное время, даже в отсутствие членов семьи;
• Светодиодное освещение - имитация присутствия;
• Розетки - питание в указанное время;
• Рекуператоры и вентиляция - регулировка скорости вращения вентиляторов;
• Камеры - предварительный просмотр записи с камер в любое время и в любом месте;
• Оросители - программный полив сада;
• Система отопления - увеличивайте или уменьшайте температуру и адаптируйте ее к текущим потребностям.
• И т.д. .

Сколько стоит умный дом?

Все зависит от количества имеющихся в вашем распоряжении средств и какой тип вы хотите (Масс-маркет, Частный, Индивидуальный или DIY).