МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ» НА ПРИМЕРЕ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ Введение

МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ» НА ПРИМЕРЕ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ОСВЕЩЕНИЕМ
Площанская Мария Игоревна, МБОУ лицей №11
Введение
Ещё несколько лет назад многие не верили в то, что дом может быть «умным» и
мало что знали об этом понятии. На сегодняшний день все больше людей в мире
понимают: «умный дом» — не только престиж, но и существенный помощник в
экономии сил, электроэнергии и финансов.
Не секрет, что для того, чтобы сделать дом по-настоящему комфортным и
безопасным, необходимо оборудовать жилище по последнему слову техники, то есть
оснастить его большим количеством различных бытовых электронных приборов.
Системы освещения, вентиляции и кондиционирования, аудио и видеотехника,
охранная сигнализация и видеонаблюдение, противопожарные системы и т.д.;
разумеется, в определенный момент хозяин начинает испытывать трудности в
управлении всеми этими сложными и разветвленными многофункциональными
системами. Именно тогда на помощь приходит система «умный дом», которая
автоматически управляет всеми инженерными и информационными подсистемами,
реагируя на заданные параметры или состояние внешней среды.
Главный принцип концепции «Умный дом» — объединение всех подсистем дома
в единый слаженно работающий организм. Владелец такой системы получает удобное
и
наглядное
управление,
четкое
взаимодействие
всех
инженерных
систем,
автоматическую адаптацию под хозяина, интеллектуальные режимы взаимодействия
подсистем.
Целью проекта является разработка модели дома с комфортными, безопасными и
технологичными условиями проживания, с экономией энерго- и материальных
ресурсов на примере автоматического управления освещением.
Для достижения цели работы были поставлены следующие задачи:
1. Провести теоретический анализ существующих систем управления инженерными и
информационными подсистемами жизнеобеспечения жилища.
2. Разработать и запрограммировать рабочую схему автоматического включения и
выключения ламп освещения в доме, оснащенном системой «Умный дом», как пример
программирования всех систем с возможностью дальнейшего наращивания.
3. Создать модель автоматического включения и выключения ламп, реагирующего на
звук и движение.
4. Сформулировать выводы по результатам проведенного исследования.
В ходе выполнения работы использовались следующие методы и приёмы: изучение
литературных источников, метод компьютерного моделирования, экспериментальный
метод моделирования.
Система «Умный дом»: теоретический анализ
Умный дом— жилой автоматизированный дом современного типа, организованный
для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств.
Возможности
интеллектуального
жилища
если
уж
не
безграничны,
то
определенно очень велики. В отличие от отдельных автоматических систем —
охранной, пожарной сигнализации, управления освещением, поливом и т. д. — «умный
дом» заставляет разные системы и приборы взаимодействовать друг с другом согласно
различным сценариям.
Приведём неполный перечень функций, которые могут быть реализованы с
помощью системы «умный дом»: поддерживать заданный температурный режим в
помещениях; проводить управление освещением (светильники, жалюзи, шторы…);
следить за безопасностью (охранная и пожарная сигнализация); управлять аудио и
видео аппаратурой; контролировать состояние внутридомовых систем; управляться на
расстоянии (GSM, интернет).
Управление элементами системы «Умный дом» может осуществляться с
помощью центрального элемента – микроконтроллера и шины, связывающей задающие
и исполнительные устройства с микроконтроллером. Микроконтроллер— микросхема,
предназначенная для управления электронными устройствами. Шина управления —
компьютерная шина, по которой передаются сигналы, определяющие характер обмена
информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию
(считывание или запись информации из памяти) нужно производить, синхронизируют
обмен информацией между устройствами и т. д.
В
настоящее
время
нашли
применение
несколько
систем
управления
оборудованием «Умного дома».
Прежде всего это -«Европейская инсталляционная шина».
Инсталляционная шина KNX/EIB является системой, не требующей для своей
работы процессора. Один сигнальный кабель типа «витая пара», объединяет все
шинные
устройства
здания.
Шинное
устройство
получает
сигнал
в
виде
дифференциального сигнала между проводниками. Шина обеспечивает питанием
слаботочные компоненты системы и одновременно служит физической средой для
передачи данных. Система легка в монтаже и экономична, но не имеет центрального
управляющего элемента.
LanDrive — это универсальная американская платформа для построения
классических шинных распределённых систем управления в системах «Умный дом», в
автоматизации зданий. Предназначена для управления внутренним и уличным
освещением, силовыми нагрузками, электроприборами, а также такими системами как
отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа,
контроль протечек воды. Также возможно управление: аудио-, видеотехникой, жалюзи,
рольставнями, шторами, воротами, насосами, двигателями. В основном ориентирована
на применение в составе «Умного дома».
Структурно система состоит из центрального элемента и исполнительных
модулей, связанных между собой полевой шиной. К исполнительным модулям
подключаются
управляемое
оборудование.
В
Россию
недостаточно
поставок
комплектующего оборудования для данной системы. В связи с разницей в напряжении
и частотах электросети блоки системы сложно соединить в рабочую сеть.
X10 — это международный открытый индустриальный стандарт, применяемый
для связи электронных устройств в системах домашней автоматизации. Стандарт X10
определяет методы и протокол передачи сигналов управления электронными
модулями, к которым подключены бытовые приборы, с использованием обычной
электропроводки или беспроводных каналов. Для связи модулей сети X10 используется
обычная домашняя электрическая сеть. Сами модули сети обычно просто вставляются
в розетку, хотя существуют более сложные встраиваемые модули, например
заменяемые розетки, выключатели. Недостатком системы является высокая опасность
поражения током наладчика.
В
нашем
электроснабжения
проекте
iNELS.
была
Она
использована
позволяет
чешская
руководить
система
домом
рационального
от
управления
отоплением, климатизацией, освещением, жалюзи и другими электроприборами до
безопасности дома и охраны имущества. Её достоинством является способность
распознавать изменения в режиме функционирования системы и своевременно о них
информировать посредством мобильного телефона, PDA или интернета.
iNELS
разработана
так,
чтобы
удовлетворять
потребностям
малой
электропроводки и решать управление расширенными элементами электрообеспечения,
что требует автоматизации и комплексности. Так же система может наращиваться
новыми элементами по мере возникновения потребностей.
Таким образом, iNELS можно использовать как для жилых домов, квартир,
административных и торговых помещений так и для
больших строений или
строительных комплексов и в промышленной области. Система рационального
электроснабжения iNELS обеспечивает: удалённый доступ, центральное управление,
управление отоплением и климатизацией, светом, электроприборами, систему
безопасности и имитацию присутствия.
Особенностью
нашей
работы
будет
управление
системой
через
браузер
телевизора.
В настоящее время телевизор стал неотъемлемой частью жизни современного
человека. Сейчас появились телевизоры, имеющие выход в интернет. В нашем доме
изначально устанавливается именно такой телевизор. Это позволит хозяину дома
управлять системой, не отрываясь от просмотра любимой телепередачи.
Мы считаем, что этот проект может быть полезен для людей с ограниченными
возможностями, так как им не придётся лишний раз передвигаться для включения света
и управления другими приборами.
Практическая часть
Так как процесс программирования различных устройств системы «Умный дом»
Рис 1
имеет
типовую
последовательность,
мы
приведем
пример
разработки
и
программирования рабочей схемы автоматического включения и выключения ламп
освещения в доме, оснащенном системой «Умный дом», использующей стандартные
аппаратные
средства
комплекта
INELS
и
программное
обеспечение
INELS
Designer&Manager.
1. Рисуем схему соединений, для задачи автоматического включения освещения с
помощью датчика движения на основе теплового сенсора и звукового датчика будет
выглядеть, как на рис 1.
2. Соединяем патч-кордом центральный элемент системы с компьютером, на
котором предустановлена программа INELS Designer&Manager, и запускаем данную
программу.
3. Создаём проект в программе и присваимваем ему имя.
4.
В окне «Settingthefloor» находим нужный план объекта (план может быть любым в
формате .bmp или jpg) и открываем его.
В главном окне программы видим план объекта.
5.
Начинаем программирование в режиме «Дизайнер».
6.
В окне «Внешние» находим элемент
(инфракрасный датчик движения) и
перетаскиваем его на план в то место, где он должен быть установлен. В нашем случае
выключатель имитирует контакты реле инфракрасного датчика движения.
7.
Устанавливаем соответствие между прибором (выключателем) и контактам
прибора System «Центрального элемента»
IN1. (Если не установить соответствия
между прибором и элементом управления, то он будет обведен красной каймой).
8.
В окне «Стандартные» находим элемент
и перетаскиваем его на план в
то место где будут установлены светильники, которые должны включаться по
командам от датчика движения.
9.
Устанавливаем соответствие между прибором (лампочкой) и выходом
прибора SA2-04M «Блока коммутирующего элемента»
RE1. (Если не установить
соответствия между прибором и элементом управления, то он будет обведен красной
каймой).
В результате получаем установленные нами приборы на плане дома (обведены синей
линией).
10. Нажимаем кнопку
конфигурация системы, в главном меню окна.
11. В окне «Агрегаты + конфигурация системы» открываем вкладку «Вводы».
Появляется список всех вводов, имеющихся в системе.
12. Выбираем тот, который мы задали раньше «Центральный элемент»
IN1. В
окошке «Действие во время входного сигнала (push)» выбираем действие с помощью
кнопки
в окошке «Имя события» набираем имя события, например «Включить
лампочку в прихожей» и оно появится в окне «Список действий».
13. Добавляем оператора для событий клавишей «Добавить оператор».
14. Открываем вкладку «Выбрать устройство контроля». Выбираем нужное SA204M
RE1. На вкладке «Установка оператора для события» в окошке
появится
выбранный выход. Таким образом мы свяжем программно входной контакт с
конкретным выходом.
15. Далее из списка задаём нужное нам действие.
16.
Нажимаем кнопку
рядом с окошком «Действие во время выключения входного
сигнала (pull)» появится окно «Менеджер действия/оператора», в
окошке «Имя
события» набираем имя события, например «Выключить лампочку в прихожей» и оно
появится в окне «Список действий».
17. Добавляем оператора для событий клавишей «Добавить оператор».
18. Открываем вкладку «Выбрать устройство контроля». Выбираем нужное SA204M
RE1.На вкладке «Установка оператора для события» в окошке
появится
выбранный выход. Таким образом мы свяжем программно входной контакт с
конкретным выходом.
19. Далее из списка задаём нужное нам действие.
20. В результате в окне
получаем.
«Агрегат + конфигурация» на вкладке «Входы»
21. В этом же окне во вкладке «Выходные устройства» выбираем устройство
контроля SA2-04M RE1.
22. Добавляем галочку в
окошко «Инвертированный выход», т. к. в
установившемся режиме выходное реле датчика движения замкнуто и при прямом
выходе лампочка будет гореть постоянно.
23. Сохраняем созданную программу ЦЭ, нажав кнопку
.
24. После окончания процесса записи перейдите в режим «Менеджер», нажав
кнопку
.
25. Проверяем правильность работы, созданной программы проведя сработку
извещателя путем движения в зоне его действия. ( Убедившись перед этим, что датчик
успокоился и лампочка не горит)
Экспериментальная часть
В процессе работы над проектом мы создали модель автоматического
включения и выключения ламп, реагирующего на звук и движение.
Стенд представляет собой собранную на планшете электрическую схему,
состоящую из блока питания 12 В (имитирующего центральный процессор),
инфракрасного
датчика
движения,
звукового
извещателя
типа
«Сова
3»,
исполнительного реле и светодиодной ленты выполняющей роль светильников (рис.2,
рис.3).
Рис. 2 Модель автоматического включения и выключения ламп, реагирующего на звук и
движение (включена)
Рис. 3 Модель автоматического включения и выключения ламп, реагирующего на звук и
движение (выключена)
Заключение
В ходе выполнения работы были получены следующие результаты:
1. Проанализирована и проработана литература по теме исследования.
2. Проведена разработка и программирование рабочей схемы автоматического
включения и выключения
ламп освещения с помощью стандартных аппаратных
средств комплекта INELS и программного обеспечения INELS Designer&Manager.
3. Создана
модель
автоматического
включения
и
выключения
ламп,
реагирующего на звук и движение.
4.
Определены перспективы дальнейшего исследования.
В процессе работы над проектом, в наших условиях оказалось невозможным создать
полноценную модель, управляемую микроконтроллером, в связи с его высокой
стоимостью. Поэтому была создана упрощённая модель. В дальнейшем мы бы хотели
создать полноценный проект дома, который может быть применён при проектировании
конкретного помещения.
Список литературы
1. Авдуевский А. «Крыша для интеллекта» - «Журнал сетевых решений LAN», №12 1998
г.
2. Алексеев Г.П. Электромонтаж и наладка системы «Умный дом». Руководство по
выполнению базовых экспериментов.ЭМНСУД.001 РБЭ (997)- Челябинск: ИПЦ
«Учебная техника», 2012. –223с.
3. Королев Ю. «УМНЫЙ ДОМ: приятная неизбежность»
4. Харке В. «Умный дом» - Техносфера, Москва 2006 г.
5. http://www.intelvision.ru/
6. http://www.inels.com/