Введение 4
1 Анализ существующих решений для создания систем умный дом 7
1.1 Обзор современного состояния и рынка систем умный дом 7
1.2 Аналитический обзор существующих решений 8
1.2.1 Требования к системе 9
1.2.2 Стартовый комплект Fibaro Starter Kit (FIB_Start) 10
1.2.3 Система Easy Smart Box 10
1.2.4 SenseHome Mini 11
1.2.5 Система автоматизации Inwion 11
1.3 Вывод 12
2 Проектирование системы умный дом 13
2.1 Выбор принципа построения системы 13
2.1.1 Централизованные системы автоматизации 13
2.1.2 Децентрализованные системы автоматизации 14
2.1.3 Смешанная система управления 14
2.2 Выбор способа построения коммутирующей среды 15
2.2.1 Проводные системы автоматизации 15
2.2.2 Беспроводные системы автоматизации 16
2.3 Протоколы и интерфейсы в системе умного дома 17
2.3.1 X10 17
2.3.2 Modbus 17
2.3.3 Rs-485 18
2.3.4 Беспроводные технологии в системе «умный дом» 18
2.4 Вывод 20
3 Реализация системы умный дом 21
3.1 Выбор реализации центрального управляющего узла 22
3.1.1 Персональный компьютер 22
3.1.2 Микрокомпьютеры 23
3.1.3 Промышленные и специализированные контроллеры для умного
дома 23
3.1.4 Обзор многофункциональных контроллеров 24
3.1.4.1 WEB контроллер PWU12 «RABBIT» 24
3.1.4.2 Wiren Board 5 26
3.1.4.3 Контроллер для умного дома LanDrive SPIDER2 27
3.1.5 Вывод 29
3.2 Примеры реализации аппаратной части подсистем умного дома 30
3.2.1 Подсистема контроля энергопотребления 30
3.2.2 Подсистема контроля микроклимата 32
3.2.2.1 Датчики 33
3.2.2.2 Релейные блоки 35
3.2.2.3 Исполнительные механизмы 38
3.3 Программное обеспечение системы умный дом 39
3.3.1 Программирование контроллера WirenBoard 39
3.3.2 Примеры реализации сценариев работы 40
3.3.2.1 Поддержание температурного режима 40
3.3.2.2 Открытие и закрытие окна с кнопки на центральном пульте и
виртуальной кнопки в web интерфейсе 46
3.3.2.3 Слежение за качеством воздуха 47
3.3.2.4 Поддержание постоянной влажности воздуха 47
3.3.2.5 Сценарии «я дома» и «я не дома» 48
3.4 Тестовая эксплуатация системы «Умный дом» 50
Заключение 53
Список сокращений 55
Список использованных источников 56
Приложение А 59
Системы домашней автоматизации в настоящее время имеют большую популярность в мире. Их строят с нуля, покупают и инсталлируют в процессе ремонта, а также собирают из доступных комплектующих.
Системы домашней автоматизации решают следующие задачи:
1) Дистанционное управление электроприборами. Оно может быть как внутри помещения так и за его пределами.
2) Обеспечение комфортной среды.
3) Увеличение свободного времени, которое использовалось на выполнение рутинных задач.
4) Повышение качества жизни человека в целом.
Часто в качестве синонима термину «система домашней автоматизации» используют понятие «умный дом» (УД), но это не совсем точно. Понятие «умный дом» несколько шире. Умный дом, помимо сценариев управления бытовыми приборами и инженерными системами, обеспечивает совместную, скоординированную работу всех систем. Управление умным домом осуществляется на основе сценариев. Все системы умного дома используют показания датчиков, и на их основе реализуют те или иные сценарии. Сложность сценариев может быть различной: от простейших автоматов до использования компонентов искусственного интеллекта. В умном доме всегда должен быть заложен компенсаторный вариант работы системы, когда при отказе какого-либо оборудования система не выходит из строя, а использует альтернативный сценарий работы. Умный дом должен работать, основываясь на стиле жизни хозяина. Система должна легко перестраиваться на различные режимы работы: выходные, отпуск, гости, день, ночь и т.д.
Есть категория пользователей, которая в последнее время часто становится целевой при разработке УД. Это пользователи с ограниченными возможностями здоровья (ОВЗ). Для пользователей этой категории УД может обеспечить не только комфорт и экономию ресурсов, но и значительное повышение качества жизни. Для таких людей в умном доме должны быть предусмотрены специфические функции, адаптированные к категории ограничений: по зрению, слуху, опорно-двигательному аппарату и т.д.
Целью данной работы является разработка умного дома для людей с ОВЗ. В работе акцент сделан на специализированные функции для людей с различными нарушениями здоровья. Система должна соответствовать трём важнейшим критериям: доступная цена, качественные комплектующие, наращиваемость, т.е. возможность расширения функционала путём добавления новых аппаратных и программных модулей.
В данной работе решены следующие задачи:
- обзор предметной области;
- сравнительный анализ существующих систем;
- разработка структуры системы;
- проектирование и реализация аппаратной части системы;
- разработка программного обеспечения;
- опытная эксплуатация системы, определение направлений развития.
В результате работы создана система умный дом, включающая в себя специфические функции для людей с ограниченными возможностями здоровья.
Система построена на базе контроллера "Wiren Board". В системе реализовано управление светом, розетками, климатом, инженерными системами.
Данные о жизненной среде собираются с различных датчиков: освещения, влажности, температуры, звука, датчиков типа сухой контакт и т.д. реализована система голосового оповещения об изменении различных параметров, снимаемых с датчиков температуры, освещённости, качества воздуха и других. Реализована система мультирум, которая позволяет выбирать для каждой комнаты свой источник воспроизведения мультимедиа: ТВ, радио, музыкальная фонотека.
Интерфейс системы и ряд функций реализованы с учетом потребностей разработчика. Система позволяет «озвучить» данные с приборов учёта при помощи синтезатора речи. Нажатия на кнопки подтверждаются звуковыми сигналами (чаще всего это записанные музыкальные фрагменты или голосовые семплы). Также звуковыми сигналами сопровождается открытие окон и дверей. Система звуковых напоминаний оповещает о незакрытых дверцах кухонных шкафов и прочих мебельных дверях и не задвинутых ящиках. Также система голосом сообщает текущий час, т.е. работает как говорящие часы. Система умный дом озвучивает запуск и завершение определённых событий: включение и отключение зарядного устройства для телефона, запуск и остановка вытяжных вентиляторов и системы очистки воздуха. Система домофонии и телефонии объединена в общую сеть и позволяет переадресовывать входящие домофонные звонки на мобильный телефон хозяина. Все процессы возможно контролировать как с домашнего компьютера, так и с мобильного телефона. За пределами дома реализована возможность голосового управления через Интернет.
В процессе работы были опубликованы 2 статьи в сборниках материалов конференций, получены дипломы первой степени. Планируется дальнейшее развитие системы.
В данной работе рассмотрено проектирование системы умного дома с учетом потребностей пользователей с ограниченными возможностями здоровья и описана реализация нескольких подсистем. Описанная система в настоящее время инсталлирована в жилое помещение и полностью выполняет заявленные функции. Система решает поставленные задачи, а также соответствует следующим критериям:
- имеет невысокую стоимость;
- имеет модульную структуру, что позволяет наращивать функционал умного дома;
- имеет специфические функции для людей с ОВЗ.
В процессе работы были рассмотрены выпускаемые на сегодняшний день программно-аппаратные решения, но ни одно из них не удовлетворяет потребностям людей с ОВЗ. Чаще всего подобные системы ориентированы либо на решение определённой задачи, либо имеют достаточно высокую стоимость. Данная система готова полностью решить проблемы всех категорий инвалидов. Благодаря тому, что систему можно запрограммировать на выполнение различных задач, её можно использовать как в квартирах, так и в больших загородных домах.
Упор был сделан на функции, позволяющие управлять системой дистанционно. Все команды имеют обратную связь. Каждое событие сопровождается звуковым или световым подтверждением. Аппаратная часть построена на проводной технологии Modbus, имеет смешанную систему управления во главе с центральным контроллером WirenBoard. Данный контроллер зарекомендовал себя, как надёжное и многофункциональное решение, покрывающее все потребности систем домашней автоматизации. Данное решение полностью совместимо с российскими электрическими сетями, имеет высокую помехозащищённость и относительно быструю реакцию на события.
В данной работе система представлена лишь частично, в настоящее время система УД включает в себя системы управления светом, розетками, мультимедиа, безопасностью, а также управление прочими инженерными системами.
В процессе работы были опубликованы 2 статьи в сборниках материалов конференций, получены 2 диплома первой степени [25, 26].
В будущем планируется дальнейшее развитие системы с целью её усовершенствования. На данный момент ведётся работа над внедрением идентификации пользователя в каждой комнате, определение общего количества жильцов в доме и подстройки системы под каждого человека. Такой подход позволит решать как общие, так и задачи, направленные на конкретного пользователя. Например, система позволит настраивать нужный уровень освещения, поддерживать определённый климат, выбирать музыкальное сопровождение, а также активировать прочие сценарии, которые повысят качество жизни всех людей, находящихся в умном доме.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
