Проект «Умный дом»

Человек всегда стремился сделать свой дом комфортным, удобным и безопасным. С появлением в нашей жизни большого количества современного оборудования настала необходимость управлять им оптимально и эффективно. Для этих целей было придумано много разных инструментов, помогающих усовершенствовать наше жилье. Все они могут быть объединены одним понятием «Умный дом». В работе можно ознакомиться с возможностями системы «Умный дом», проанализировать, какие из элементов присутствуют в доме и рассмотреть возможность дальнейшего усовершенствования жилья .

Скачать:

Вложение	Размер
prezentatsiya_k_proektu_umnyy_dom.pptx	1.87 МБ

Предварительный просмотр:

Подписи к слайдам:

УМНЫЙ ДОМ Работу выполнил у ченик 4 А класса КАМЕНЕВ ВЛАДИМИР Руководитель: Макарова Л.Ю ., у читель начальных классов Департамент образования города Москвы Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение города Москвы «Центр образования № 1601 имени Героя Советского Союза Е.К. Лютикова»

Проблемная ситуация Что такое комплексная система управления «Умный дом «? Человек всегда стремился сделать свой дом комфортным, удобным и безопасным. С появлением в нашей жизни большого количества современного оборудования настала необходимость управлять им оптимально и эффективно. Для этих целей было придумано много разных инструментов, помогающих усовершенствовать наше жилье. Все они могут быть объединены одним понятием «Умный дом».

Цель проекта Ознакомиться с возможностями системы «Умный дом», проанализировать, какие из элементов присутствуют в моем доме и рассмотреть возможность дальнейшего усовершенствования моего жилья .

Задачи проекта Собрать необходимую информацию по сайтам Интернета, посвященную системе «Умный дом». Выяснить, какие инструменты существуют для различных функций системы. Проанализировать, какие из них используются в моем доме. Найти новые технологии , подходящие для моего дома .

Исследование В умный дом входят разные системы, например: управление светом, управление климатом и отоплением, управление вентиляцией и кондиционированием, управление дверями, жалюзи и шторами, MULTI-ROOM , управление охранной и пожарной системами дома оповещающими о происходящем по любому каналу связи, Видеонаблюдение.

УП АВЛЕНИЕ СВЕТОМ Одним из элементов управления светом является установка различных датчиков — присутствия , движения, освещенности и др . Благодаря им управление светом происходит автоматически. В моем доме существует несколько помещений, где свет включается с помощью таких датчиков. Особенно это удобно в подвале, где нет окон. Помимо датчиков сегодня в системе Умного Дома часто используется «сценарное освещение». Когда мы можем программировать набор включаемых осветительных приборов и даже их цвет! Например, при сценарии «вечер» работает основное освещение, а при сценарии «ночь» только небольшая подсветка в холле. Время смены таких сценариев также может быть автоматическим и зависеть от времени, либо от освещённости. Для дизайнеров интерьера это практически безграничное поле для деятельности, где можно реализовать любую самую смелую идею, с помощью световых эффектов меняя вид дома одним нажатием кнопки . Планирую предложить руководству школы установить подобные датчики для экономии электроэнергии.

УПРАВЛЕНИЕ КЛИМАТОМ И ОТОПЛЕНИЕМ Управление климатом – она из важнейших систем для современного дома. Датчик температур, установленный, например, в гостиной регулирует мощность работы всей системы отопления. В моем доме также установлена подобная система.

УПРАВЛЕНИЕ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕМ В детской комнате необходимы тепло и уют, а в спальне немного прохлады.. Согласованная работа систем кондиционирования, отопления и управления теплыми полами позволяет создать в каждом помещении дома разные климатические зоны. Ваш дом постоянно живет своей жизнью, замирая в отсутствие хозяев и просыпаясь при их появлении.

УПРАВЛЕНИЕ ДВЕРЯМИ, ЖАЛЮЗИ И ШТОРАМИ Некоторые элементы умного дома настолько стали нам привычны, что часто мы их не замечаем. Например, всем знакомы автоматические двери в магазинах, работающие под управлением датчика движения. Также, магазины в торговых центрах закрываются на ночь с помощью автоматических жалюзи, управляемых пультом. Жалюзи и шторы с электроприводом, которые могут управляться с пульта — достаточно распространённая вещь и в современных частных домах и квартирах.

MULTI-ROOM Мультирум — это мультимедийная система распределения аудио и видеосигналов в некотором помещении или за его пределами. Является дополнением к системе умного дома. Обычно используется в квартирах, частных домах или других помещениях с большим количеством комнат . Практически все провайдеры цифрового ТВ сегодня предлагают одноименную услугу « мультирум », позволяющую просматривать оплаченные каналы не на одном устройстве, а на нескольких. В моем доме реализована возможность пользоваться одной библиотекой кино на любом из ТВ в доме.

УПРАВЛЕНИЕ ОХРАННОЙ И ПОЖАРНОЙ СИСТЕМАМИ Системы безопасности в Умном Доме — это не только гарантия защиты от непрошеных гостей, но и система информирования об аварийной ситуации в доме. Во многих городских квартирах установлена сигнализация, информирующая диспетчерскую службу о незаконном проникновении, протечке или задымлении. Но возможно построение подобной системы без услуг других организаций. На сегодняшний день существует много различных датчиков, которые могут информировать нас о возникновении проблем. В этом случае мы можем принять решение самостоятельно – например, связаться с соседями и попросить, чтобы они проверили, на самом ли деле что-то произошло. А такие датчики, как датчик протечек (популярной системы Аквастоп ) стали незаменимым элементом современной квартиры или дома Для моего дома было бы очень хорошим решением установить некоторые подобные датчики, в частности, нам необходим датчик протечек. Надеюсь, что данную проблему обсудим вместе с родителями и установим датчики в моем доме , в первую очередь на дачном участке.

Вся система Умного Дома построена на расположении и управлении различными датчиками. Управление может происходить с помощью специальной панели управления, планшета или смартфона.

ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЕ Видеонаблюдение играет немаловажную роль в обеспечении безопасности и комфортабельности вашего жилища . Основная функция видеонаблюдения заключается в возможности просмотра любых участков дома или территории, на которой он расположен, находясь как в самом доме, так и вдали от него. Кроме этого, вы можете узнать о том, что происходило в ваших владениях в любое время, ведь камеры имеют возможность ведения записи. Особенно система видеонаблюдения актуальна для пользования и управления домофоном не только из любой точки дома, но и за его пределами с помощью смартфона. У даленное управление домофоном и воротами крайне необходимо моей семье и в ближайшее время будет решена.

ВЫВОД Прочитав большое количество информации, я узнал очень много фактов о работе системы Умный Дом. Поделился этой информацией с родственниками, одноклассниками и учениками начальной школы.. Я сделал вывод, что для моего дома необходимы такие элементы как: Датчик протечек. Система удаленного управления домофоном и въездными воротами.

ОБОРУДОВАНИЕ
ТЕХНОЛОГИИ
РАЗРАБОТКИ

Блог технической поддержки моих разработок

Глава 1. Вступление. Понятие ”Умный дом”. Принципы построения системы. Объект управления и задачи.

Эта рубрика появилась на сайте почти случайно, но я надеюсь, станет наряду с ”Уроками Ардуино” одной из самых значимых.

Дело было так. Михаил из Краснодара обратился ко мне с предложением помочь разработать систему ”Умный дом” для его коттеджа. Михаил объяснил, что преследует сразу несколько целей:

• Научиться программировать контроллеры Ардуино, улучшить свои знания в области электроники, системотехники, алгоритмизации и т.п. Т.е. научиться разрабатывать достаточно сложные системы. У него есть опыт работы с электроникой, микроконтроллерами. Но что-то подзабыл, отсутствуют фундаментальные знания, скорее он в этой области не профессионал, а любитель. Также он хочет увлечь этой работой своего 14 летнего сына.
• С небольшими материальными затратами получить работоспособную, адаптированную под его задачу систему.
• Приобрести опыт в разработке систем ”Умный дом”, изучить специфику задач подобного рода.

У Михаила есть 3х этажный дом, на котором он планирует отработать и эксплуатировать систему. Он готов поэтапно устанавливать на объектах дома контроллеры, испытывать их, постепенно включать в систему.

Я подумал, что это идеальная тема для еще одной серии уроков Ардуино. Система ”Умный дом” представляет собой распределенную вычислительную систему:

• с множеством самых разнообразных датчиков;
• с различными типами исполнительных устройств;
• с самыми разными регуляторами;
• с несколькими уровнями обработки данных;
• с различными средами передачи, в том числе и по беспроводным технологиям;
• и т.п, всего не перечислить.

Многие особо отметили мои уроки, в которых я разрабатывал контроллер для элемента Пельтье. В этих уроках я не выдал готовый проект, а поэтапно разрабатывал устройство, поясняя каждый шаг. Проект ”Умного дома ” по-другому и не разработать. Уж очень объемная задача.

Мы с Михаилом договорились, что:

• Он определяет техническое задание для каждого контроллера, определяет все конструктивные особенности.
• Вместе мы разрабатываем электронные схемы узлов.
• Михаил собирает контролеры, конструктивно доводит их до законченных устройств.
• Резидентные программы пишем где-то вместе, где-то я один. Как пойдет.
• Я разрабатываю тестовые программы верхнего уровня (на компьютер).
• Михаил все это испытывает на реальных объектах.
• Корректируем программы, если надо, и контроллер остается установленным на объекте. Таким образом, система будет постепенно разрастаться.
• Михаил выдает мне все результаты испытаний, информацию об объектах, которыми мы управляем и все остальные материалы.
• Я постепенно, с пояснениями выкладываю информацию на сайт.

Михаил хочет управлять всем, чем только можно управлять. Система обещает стать огромной. В будущем планируется сделать варианты с полностью беспроводной связью между контроллерами, возможны разные варианты реализации верхнего уровня. Хочется верить, что новый раздел сайта будет объемным и популярным.

Кроме уроков, обучающих материалов я надеюсь, будут разработаны полностью работоспособные контроллеры. Система ”Умный дом”, собранная на контроллерах Ардуино должна стоить очень дешево.

У меня нет опыта разработки подобных систем, но когда проект проверяется на реальном объекте, опыт приходит сам по себе.

Итак, я сформулирую цели нового раздела:

• Обучающие статьи, уроки по:
  • разработке сложной распределенной вычислительной системы;
  • подключению различных датчиков к платам Ардуино;
  • управлению исполнительными механизмами;
  • разработке регуляторов;
  • использованию беспроводных технологий.
• Практический опыт, связанный со спецификой разработки систем ”Умный дом”.
• Работоспособные проекты контроллеров, из которых может быть создана система ”Умный дом”.
• Надеюсь, в итоге получится ”народная” система «Умный дом» с крайне низкой ценой.
• Проект будет вестись ”в реальном времени”. Возможны ошибки, доработки.

Система управления “Умный дом”.

Под ”Умным домом” понимают аппаратно-программный комплекс автоматизации и управления различным оборудованием квартиры или дома. Цель – добиться оптимального ресурсосбережения, безопасности, комфорта. Система должна распознавать ситуации, происходящие в доме и реагировать на них соответствующим образом.

Как правило, ”Умный дом” это интеграция в единую систему нескольких подсистем управления:

• отоплением, вентиляцией, кондиционированием;
• водоснабжением;
• освещением;
• электропитанием;
• обеспечением охраны и безопасности;
• управлением сложной бытовой техникой.

Интернет пестрит предложениями по созданию систем ”Умный дом”. Предлагаются готовые модули, из которых пользователь может сам синтезировать систему. Много предложений установки системы “под ключ”. По моим наблюдениям в результате получаются уж совсем простенькие системы, позволяющие только управлять чем-то не вставая с дивана, или цена проекта может достигать 2,5 — 3 миллиона рублей.

Основные принципы разработки системы ”Умный дом”.

Пока приходят в голову следующие принципы. Возможно, жизнь их изменит или добавит новые.

• Мы ставим цель – разработать сложную систему из комплектующих с низкой стоимостью. Как следствие – в качестве контроллеров будем использовать платы Ардуино.
• Система должна легко расширяться. Контроллеры будем добавлять по мере разработки. Конфигурация системы, т.е. число и типы контроллеров, может быть легко изменена на любом этапе разработки или эксплуатации.
• Система представляет собой несколько децентрализованных подсистем, связанных в единую систему в одном узле – центральном контроллере. Т.е. система строится по принципу локальных регуляторов – контроллеров самостоятельно выполняющих задачи даже при отсутствии связи. Например, система контроля протечек воды самостоятельно перекрывает воду в случае аварии. Но управление подачей воды может происходить и от центрального контроллера.
• Система может расширяться за счет сегментов с другими сетями, средами передачи данных, как на более низком уровне, так и на более высоком. Например, к локальному контроллеру могут быть подключены датчики или контроллеры по его собственной сети, в том числе и беспроводной. Если не ошибаюсь, такие сети называются гетерогенными. Можно к центральному контроллеру подключить компьютер. Это будет расширение системы в сторону верхнего уровня.
• В качестве основной сети связи будем использовать RS-485. Это самый дешевый и надежный вариант организации сети.
• В общем случае, питание локальных контроллеров будет происходить от отдельной сети напряжением 12 В. Это позволяет:
  • упростить систему – нет необходимости в отдельных блоках питания;
  • простыми способами организовать резервное питание от аккумулятора;
  • повысить надежность системы — в случае зависания какого-либо контролера, центральный контроллер может перезагрузить локальный контроллеры выключением общего питания.
• Постановка технического задания для разработки локальных контроллеров будет происходить «по месту» их установки. Т.е. мы не будем сейчас планировать и детально расписывать, какие контроллеры необходимы, какие датчики или исполнительные механизмы к ним подключать. Когда настанет время разработки конкретного контроллера, мы посмотрим, в каком помещении он устанавливается, какие элементы к нему необходимо подключить и т.п.
• Разработка системы будет происходить ”снизу”. В первую очередь разрабатываются локальные контроллеры. На этапе разработки в качестве центрального контроллера будет использоваться компьютер.
  • Т.е. мы разрабатываем локальный контроллер.
  • Устанавливаем его на объект. Подключаем к сети.
  • С помощью компьютера и специальной тестовой программы отлаживаем локальный контроллер.
  • Только когда будет разработано и установлено несколько локальных контроллеров имеет смысл разрабатывать центральный. Но даже в этом случае новые локальные контроллеры будут испытываться с помощью компьютера.
• В качестве сетевого протокола будем использовать стандартный протокол ModBus RTU.
• Конфигурация системы будет производиться с помощью компьютера или планшета.
• И последнее правило – не иметь никаких догматических правил. Если практика покажет, что в каких-то принципах мы ошиблись, значит надо смело перечеркнуть их и взять за основу новые.

Обо всех этих принципах мы еще поговорим при разработке элементов системы.

Объект управления.

Я уже говорил, что система будет испытываться и эксплуатироваться на конкретном объекте. Это уже построенный таун-хаус (блокированной застройки) с участком прилегающей территории. Здание состоит из 3 этажей и технического прилегающего помещения. План дома выглядит так.

Предварительно Михаил поставил для системы следующие задачи и функции.

Территория.

1. Управление светом (зональное, с опциональным автономным режимом). Применяются беспроводные модули управления светом 315MHz на которые сигнал передается по воздуху от контроллера через модули беспроводной связи.
2. Управление поливом (зональное). Обязательный контроль влажности почвы, на основании которого может быть заблокирован полив. Для контроля используется датчик влажности почвы.
3. Управление системой доступа (ворота, шлагбаум).
4. Измерение погодных условий (температура и влажность).

Помещения жилые.

1. Управление светом (по помещениям + зональное).
2. Управление вытяжной и приточной вентиляцией (по помещениям). Работает автоматически, сравнивая температуру и влажность воздуха снаружи и внутри помещения, а также с возможностью ручного удаленного «оверрайда». Управление двигателем от релейного модуля, датчики влажности и температуры DHT-22, как в п.4
3. Управление кондиционерами (по помещениям). Применяются ИК-излучатели.
4. Управление системами полива комнатных растений (индивидуальное по точкам полива). Аналогично п.2, но без контроля погодных условий.
5. Управление жалюзи, шторами и т.п. (индивидуальное). Релейные модули управления с датчиками концевых положений.
6. Контроль температуры и влажности (по помещениям). Стандартные датчики DHT-22
7. Контроль загазованности (утечка газа, CO2, дым) (по помещениям «риска»).
8. Контроль присутствия человека (по контрольным помещениям).
9. Управление силовыми розетками и потребителями (в зависимости от проекта и потребностей). Стандартные релейные модули.
10. Управление мультимедиа устройствами.
11. Интернет вещей (контроль состояния и управление отдельными приборами – холодильник, например).

Помещения технические

1. Управление централизованной системой водоснабжения (включая учёт).
2. Управление централизованной отопительной системой (включая учёт).
3. Управление централизованным электроснабжением (включая учёт).

Схематично он изобразил задачи системы ”Умного дома” так.

Все это только предварительные требования. Функции каждого локального контроллера, а значит и всей системы, будут определяться на этапе его разработки ”по месту”. Я привел этот перечень скорее, чтобы показать масштабность проекта. Насколько я понял, Михаил придерживается принципа – система должна делать все, что можно делать.

На форуме сайта я создам раздел для обсуждения проекта. Если вопросы объемные, требуют представления схем или скетчей, просьба общаться там, а не в комментариях.