Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Инженерно-технологический лицей» Елабужского муниципального района Республики Татарстан Макет умного дома «Domus Sapiens» Руководитель: Ямаева Ольга Эльфатовна учитель физики Работа ученицы 11 «А» класса Усмановой Диляры Ильнуровны Допуск к защите: ________________(_____________) «___»________________20___ г. Елабуга 2023 Оглавление Введение .........................................................................................................................................3 Глава 1. Что такое умный дом? ....................................................................................................4 1.1 Каким бывает «умный дом» ...............................................................................................4 1.2 Плюсы и минусы смарт-хаусов ..........................................................................................5 Глава 2. «Умный дом» - как все начиналось...............................................................................6 Глава 3. Исследование по теме: Умный дом ..............................................................................8 3.1 Что входит в систему «Domus Sapiens» .............................................................................8 3.2 Виды датчиков .....................................................................................................................9 3.3 Что и сколько стоит? Сколько стоит готовый умный дом? ...........................................11 Заключение...................................................................................................................................12 Список используемых источников и литературы ....................................................................13 2 Введение Актуальность темы Современный человек предъявляет очень высокие требования к комфортности среды обитания: 1. Эстетические (дизайн и стиль интерьера, ландшафта, красота и функциональность окружающих предметов); 2. Климатические (тепло, холод, чистый воздух); 3. Общебытовые (вода, газ, электричество, радио, телевидение, интернет, телефонная связь, наличие кухонных машин и систем гигиены саун и ванн); 4. Требования к безопасности и контролю за ней (безопасность жилища, хозяев дома и их близких); 5. Требования к надежности сложных систем (компьютеры, домашние кинотеатры, посудомоечные, стиральные машины и др.). В результате инженерное оснащение квартир и коттеджей неуклонно усложняется, и растет количество устройств, участвующих в формировании этой среды. Возлагать на хозяина жилья управление всеми системами становится неудобно, невыгодно и небезопасно. Комплексная система управления жилищем «Domus Sapiens» берет на себя всю рутинную работу по решению этой запутанной задачи, оставляя человеку только принятие главных, «базовых» решений. В данном проекте по физике автором была изучена информация о таких возможностях «Domus Sapiens», как управление климатом, освещением, розетками, защита от протечек вод, видеонаблюдение для дома, удалённое управление умным домом, умные датчики, пожарная сигнализация в доме, охрана дома и автоматизация приводов. Цель работы: Сконструировать макет умного дома, чтобы в дальнейшем внедрить систему автоматизации домашних процессов в жилые дома. Задачи: 1.Изучить понятие умный дом и принцип его действия; 2. Рассмотреть возможности системы «Domus Sapiens»3. Построить современный и технологический макет дома с использованием системы «Domus Sapiens». Назначение проекта Дом, оснащенный специальным оборудованием, самостоятельно настраивает работоспособность всех систем, соответствуя пожеланиям человека, внешней освещенностью, погодой, временем суток, положением в доме и так далее. Все это производится нажатием одной или нескольких настенных кнопок либо сенсорной панели, пульте дистанционного управления. К тому же, запустить определенный сценарий поведения умного дома, можно дистанционно, например, подъезжая к дому или находясь на разных этажах своего жилого дома. Экономия электроэнергии при использовании оптимизированной системы умного дома может доходить до 40 процентов, а с помощью интеллектуальных систем есть возможность контролирования расхода воды, а также других ресурсов, реагируя вовремя на различные внешние ситуации (поломка котла, ИБП и так далее). При монтаже систем можно значительно сэкономить на прокладке кабельных трасс. 3 Глава 1. Что такое умный дом? Умный дом — жилой дом или квартира, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Умный дом — это система, позволяющая обеспечить ресурсосбережение, удобство и безопасность. Она способна распознавать различные ситуации и должным образом реагировать на них. Возможности системы «умный дом» поистине многогранны. Например, чтобы предотвратить вероятность ограбления, когда в доме никого нет, система имитирует присутствие хозяина путём раздвигания жалюзи, включения/выключения света и т.д. Если же злоумышленники все же проникают внутрь помещения или происходит другая экстраординарная ситуация, система молниеносно оповещает об этом хозяина. Коротко на вопрос, что такое умный дом, можно ответить следующим образом – это строение, в котором все происходящие процессы максимально автоматизированы и подогнаны под потребности человека. 1.1 Каким бывает «умный дом» Существует несколько разновидностей «умного дома», которые отличаются: по способу управления — централизованные, децентрализованные, комбинированные; по типу передачи протокола — открытые и закрытые; по способу передачи информации — проводные и беспроводные. Рассмотрим каждый из этих вариантов подробнее и выясним преимущества каждого. По способу управления системы бывают: Централизованные «умные дома» — в главный контроллер заливается программа, которая управляет всеми приборами. Их преимущества: управление инженерными коммуникациями в едином интерфейсе, создание сложных сценариев и возможность подключения любого оборудования. Децентрализованные «умные дома» — в каждом приборе установлен микропроцессор с энергонезависимой памятью. При поломке одного устройства другие не будут выходить из строя. При использовании можно подключать дополнительные блоки логики для создания специфических сценариев. Комбинированные «умные дома» — большая часть автоматизации именно комбинированного типа. В основе лежит ведущая централизованная схема, которой подчиняются децентрализованные и централизованные подсистемы. Комбинированная автоматика отличается надежностью и сглаживаем недостатков, входящих в нее подсистем. По способу передачи информации: Проводные «умные дома» — все устройства управления соединены информационной шиной (кабелями, витой парой) с центром в щите. Для установки нужен проект и качественный монтаж. «Умную автоматизацию» ставят в начале ремонта, до проведения электропроводки. Ее преимущества в надежности, долгом сроке службы, высокой скорости отклика и разнообразии интегрируемых задач. Беспроводные «умные дома» — устройства передают информацию по радиоканалам, например, через Wi-FI, инфракрасный канал. Это означает, что их можно устанавливать в домах с готовым ремонтом, классической проводкой. Проект на установку не требуется. Радиоканал остро реагирует на помехи от других электроприборов (микроволновка, стройтехника), снижая передачу сигнала от одного устройства другому. По способу передачи протокола: Открытые — часть «умных приборов» работает именно на открытом протоколе KNX — общем языке для всех устройств. Плюсы открытого протокола в повышенной 4 гарантии на приборы и большом выборе производителей и комплектующих. Недостаток только в завышенной цене автоматизации. Закрытые «умные дома» — для простоты программирования, уменьшения производственных затрат выпускают системы с закрытым протоколом. Их преимущества в более низкой цене и наличии нестандартных решений. Недостаток закрытой автоматизации — зависимость от одного производителя, усеченные функции. 1.2 Плюсы и минусы смарт-хаусов Плюсы умного дома: В домах становится комфортнее. Полный контроль над всеми интеллектуальными приборами с помощью только одного устройства. Экономия времени. Более высокое качество жизни. Уведомления на случай неприятностей. Экономия энергии. Экономия затрат в долгосрочной перспективе. Умные дома могут быть настроены под ваши потребности. Повышение безопасности по сравнению с обычными замками. Поддержка пенсионеров. Умные дома могут подойти для инвалидов. Стоимость перепродажи может увеличиться. Минусы такого дома: Значительные затраты на установку. Надежное подключение к Интернету имеет решающее значение. Вопросы безопасности. Технологические проблемы в подключенных домах. Вы можете запереться в своем собственном доме. Вопросы технического обслуживания и ремонта. Проблемы совместимости между устройствами. Возможны скачки напряжения. Технология умного дома подходит не для всех домов. Технология может скоро устареть. Проблемы конфиденциальности. 5 Глава 2. «Умный дом» - как все начиналось. Самый первый дом с интеллектуальным управлением появился в городе Токио (Япония) в далеком 1989 году. (Рис. 1) И это совсем не удивительно, ведь японцы славятся своей изобретательностью и технической подкованностью. Владельцем этого новаторского дома под названием «Дом Трона» стал известный в те времена профессор информатики Кен Сакамура. Площадь жилья составляла целых 333 квадратных метра! Рис. 1 Дом Трона - первый "умный дом" в истории. Вид сверху. Главной особенностью стало применение инновационных в те времена технологий. Помещения были оборудованы датчиками температуры и влажности. Благодаря им они передавали программе данные о текущей погоде. Это служило командой к закрытию или открытию окон, включению-выключению кондиционера или отопления. Также при наличии легкого ветра на улице, автоматизированные окна открывались, чтобы проверить помещение. Если же погода была неблагоприятная, окна оставались закрытыми. (Рис. 2) Рис. 2 Окна автоматически открывались в хорошую погоду 6 Дом Трона был оснащен специальным табло, на котором можно было отдавать программе команды. Например, Кену не приходилось переживать по поводу того, что он забыл запереть дом на ключ. Ведь, уходя из дома, достаточно было просто нажать кнопку «выход» на пульте управления, чтобы входная дверь автоматически заперлась! Аудиосистема была оборудована датчиками и регуляторами уровня звука, что позволяло автоматически снижать громкость системы при телефонном разговоре. Система освещения так же, как и все остальное имела свои особенности. Можно было настроить ее под события: яркий свет для вечеринок или тусклый для тихих уютных посиделок, когда жители отправлялись спать, свет во всем доме выключался. Профессору Сакамура удалось сделать невероятный прорыв области инженерии и совместить передовые технологии и по-домашнему теплую атмосферу. 7 Глава 3. Исследование по теме: Умный дом Почему стоит выбрать систему умного дома «Domus Sapiens» (Рис.3)? Этапы создания умного дома включают в себя разработку технического задания, в котором заказчик пишет, что он хочет иметь в своей системе умного дома, какие системы должны в нём быть и каким образом он хочет ими управлять. Следующим этапом идёт проектирование. На этапе проектирования разрабатываются электрические схемы управления и питания устройств системы умного дома с привязкой к месту их размещения. Рис. 3 Макет умного дома «Domus Sapiens» 3.1 Что входит в систему «Domus Sapiens» Контроллер – устройство, выполняющее функцию «мозгового центра». В нём содержатся электронные компоненты, позволяющее запрограммировать контроллер на приём сигналов, их обработку и управление различными элементами «умного дома» по проводам или «по воздуху». Датчики (иногда называются сенсорами). Назначение этих элементов – сбор информации о состоянии помещения, где они установлены. Благодаря датчикам собираются сведения о температуре и влажности воздуха, присутствии людей в комнатах, открывании и закрывании дверей или окон, протечках воды, состоянии освещённости и многом другом. Актуаторы (или просто исполнители) – специальные агрегаты, которые настроены на получение сигнала от контроллера. 8 После приёма они выполняют различные действия – включают свет, управляют питанием бытовой техники, поднимают и опускают шторы, перекрывают воду и делают многое другое. Полностью автоматическое выполнение сценария «умного дома» обычно выглядит так: Датчик посылает сигнал на контроллер – контроллер интерпретирует полученные данные с актуальной программой и даёт команду исполнителям – актуаторы выполняют приказ с контроллера, осуществляя какое-либо действие. (Рис.4) Рис. 4 Структура системы умного дома 3.2 Виды датчиков 1. Датчик движения. Обычно это инфракрасный сенсор, однако встречаются и другие виды. Датчик движения определяет, кто находится в комнате. Эта информация и для владельца, который дистанционно может отследить, не появлялся ли кто-то, и для автосрабатывания сценариев, в освещении и создании микроклимата в помещении. 2. Датчик температуры. Данное устройство даёт системе умного дома информацию о критических точках, которые задаёт пользователь. При понижении температуры автоматически включится система тёплого пола, при повышении температуры включится кондиционирование. 3. Датчик влажности воздуха. Для тех людей, которые с трудностью переносят сухой воздух, это устройство – настоящая находка. Например, фирма Xiaomi выпускает увлажнители, которые могут работать по команде через Wi-Fi. А послать этот сигнал может контроллер, узнавший то от датчика влажности. 4. Датчик уровня освещённости. Данное устройство одно из простейших, но при этом очень полезных в системе умного дома. Встроенный фотоэлемент регистрирует количество света, попадающего в комнату, и реализует сценарии искусственной подсветки: заполняющей, точечной, общей. 5. Микрофон. В собранной мною модели микрофон реагирует на один хлопок. Можно изменить частоту звука при помощи программы на 2 хлопка, свист, стук. В 9 реальных моделях Умного дома микрофон реагирует на заранее записанный голос хозяина, кодовое слово и после распознания открывает дверь. 6. Датчик протечки воды. Досадное происшествие – пробой шланга стиральной машины или сифона в смесителе – может превратиться в затратное дело, если вы зальёте соседскую квартиру с дорогим ремонтом. Датчик протечки не только включает сирену и отсылает оповещение на смартфон, но и может перекрыть воду. 7. Видеокамера. Оно из самых информативных устройств. В доме, где есть маленькие дети или домашние питомцы, оно стоит на страже спокойствия и порядка. Отснятый материал пишется на карту памяти или в облачное хранилище через буфер. В случае спорных ситуаций хозяин всегда может просмотреть видеофиксацию. 8. Датчик дыма и утечки газа. Эти приборы способны предотвратить большую беду. Собственно пожарные датчики и так имеются в квартире, однако он не имеют, в отличие от «умных» собратьев, оповещать владельца push-сообщением или иным тревожным сигналом на смартфон. Что касается датчика утечки газа, то его ставят обычно в частные дома, оснащённые отопительным газовым котлом. Представленная мною система централизованная, проводная, закрытая. (Рис. 5) Данный проект является символом хорошей жизни. Имеется возможность управления всеми функциями в бытовом оснащении, не вставая с дивана. Весь функционал реализован посредством нажатия нескольких кнопок на пульте дистанционного управления. Или на экране смартфона. Кратко о плюсах этого проекта можно сказать, что он при возможности выхода в интернет регулирует практически все процессы в отсутствие хозяев жилища. Сюда входит не только безопасность дома, но и все процессы, которые происходят в нем. Такое решение позволяет практически полностью контролировать ситуацию на удаленном расстоянии. Рис.5 Схема устройства «Domus Sapiens» 10 3.3 Что и сколько стоит? Сколько стоит готовый умный дом? Возможности умного дома широки, но и стоят соответствующе. Нужно купить не только умные приборы, но еще и установить датчики, подключить и настроить все системы. Давайте вместе разберемся. Защита от протечек. Цена — 7.600 рублей Умный свет. Цена — 7.000 рублей. Имитация присутствия Цена — 14.100 рублей. Умный кондиционер. Цена — 34. 000 рублей. Датчик открытия. Цена — 1.300 рублей. Датчик дыма. Цена — 3.000рублей. Видеонаблюдение. Цена — 13.000 рублей Пожарная сигнализация. Цена — 12.000 рублей Умный домофон. Цена — 22.000 рублей Работа мастера 20.000 рублей Весь умный дом спроектированный самим обойдется в 134.000 рублей Цена готового умного дома с таким же набором функций и плата за работу мастера в сумме составляют 209. 348 рублей, что на 75 348 рублей дороже чем система, разработанная нами. 11 Заключение В ходе выполнения работы, мною была достигнута цель. Согласно поставленным задачам, я изучила понятие системы «Domus Sapiens» и принцип ее действия, рассмотрела возможности данной системы и сделала макет умного дома. Как вы заметили, система умного дома имеет множество преимуществ благодаря которым можно с уверенностью сказать, что «Domus Sapiens» скоро станет заполнять рынок. В настоящий момент умных домов не так уж и много в нашей стране, в большинстве это элитные дома и коттеджи. Но уже разработаны и малобюджетные проекты, которые позволяют установить систему умный дом с минимальными денежными вложениями. Возможности современных технологий действительно завораживают, такая система управления домом кажется одним большим плюсом. Но было бы неправильно не упомянуть ее минусы: Высокая цена, так же любая техника, даже самая современная периодически ломается, и если в системе управления домом выйдет из строя что - то одно, то «полететь» может приличная часть всей системы. Наша жизнь не стоит на месте, мы все стремимся вперед. Наши желания и возможности реально воплотить в современной жизни. Система «Domus Sapiens» была создана, чтобы автоматизировать управление техникой, сделать нашу жизнь более комфортной. Данная тема проекта проявила во мне большой интерес и в дальнейшем изучении спец дисциплин, я хочу изучить технологии реализации данной системы. 12 Список используемых источников и литературы 1. Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/Домашняя_автоматизация 2. Besmart http://www.besmart.su/article/100_funkciy_ud https://insyte.ru/solutions/climate.php 3. Art-in https://www.art-in.ru/elektrika/upravlenie-osveshheniem/ 4. Aqara https://aqara.ru/2019/10/08/защита-от-протечек/ 5. Dom-electro http://www.dom-electro.ru/управление-розетками/ 6. Art-in https://www.art-in.ru/security/videonabludenie/ 7. Insyte https://insyte.ru/solutions/remote-management.php 8. Multisets http://multisets.ru/smarthouse/equipment/sensors/ 9. Mimismart https://mimismart.ru/smart-home/bezopasnost/oxrannopozharnayasignalizacziya.htm 10. Secnews https://www.secnews.ru/pr/23830.htm 11. Vestiprim https://vestiprim.ru/news/ptrnews/64269-multirum-ot-rostelekomapodklyuchayte-televidenie-v-kazhdoy-komnate-s-vygodoy.html 12. Evriko http://www.evriko.ru/files/smarthome/smarthome_electric_drive.html 13. Mi-shop https://mi-shop.com/ru/https://xiaomi-smarthome.ru 14. CD-ROM. Умный дом. Энциклопедия. - Москва: РГГУ, 2019. - 313 c. 15. Давиденко, Ю. Н. 500 схем для радиолюбителей. Современная схемотехника в освещении. Эффективное электропитание люминисцентных, галогенных ламп, светодиодов, элементов "Умного дома"(+ CD-ROM) / Ю.Н. Давиденко. - М.: Наука и техника, 2013. - 320 c. 16. Дементьев, Андрей «Умный» дом XXI века / Андрей Дементьев. - М.: Издательские решения, 2012. - 746 c. 17. Елена, Владимировна Тесля «Умный дом» своими руками. Строим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире / Елена Владимировна Тесля. - М.: Питер, 2012. - 552 c. 13
