Умный дом – технологии будущего. Муниципальное автономное образовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа 78 г. Челябинска
 Скачать 0.51 Mb.
|
|
Муниципальное автономное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа № 78 г. Челябинска» Информационно-познавательный проект «Умный дом – технологии будущего» Автор проекта: Науменкова Екатерина 9В, обучающаяся МАОУ «СОШ № 78 г. Челябинска» Наставник проекта: Мухина Гульнара Зайнулловна, учитель информатики Челябинск, 2019 Содержание I.Аннотация наставника…………………………………………………….3 II.Введение……………………………………………………………………4 III.Теоретическая часть ………………………………………………………5-18 Понятие «Умный дом»…………………………………………..5 Функции «Умного дома»………………………………………..7 Устройство и принципы работы………………………………..8 Системы автоматизации дома…………………………………..9 Проблемы «Умного дома»………………………………………16 Преимущества «Умного дома»………………………………….17 IV.Заключение ………………………………………………………………..19 V.Список литературы ……………………………………………………….20 Аннотация С каждым годом тема «Умный дом» завоевывает все большую и большую популярность и, как в свое время автомобиль, интеллектуальное жилище становится не роскошью, а необходимостью. Из прежних игрушек умная автоматика перерастает в неотъемлемую часть современного дома. И с каждым годом система управления становится все сложнее и сложнее. Эта тема заинтриговала нас своей способностью делать пребывание в собственном жилище наиболее комфортным и безопасным. Современный мир невозможно представить без автоматизации. Наше жилище не исключение. В повседневной жизни в квартире или загородном доме мы производим сотни и тысячи действий, которые могли бы выполняться без нашего участия. Всё – от включения света до поддержания климата в квартире можно автоматизировать. Это стало возможно благодаря системе 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. Такая система способна распознавать различные ситуации и должным образом реагировать на них. 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. В понятие умный дом обычно вкладывают автоматизацию рутинных мероприятий. 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. К вашему пробуждению система нагреет полы в ванной комнате, включит музыкальный центр, настроит работу кондиционера на заданную температуру, отрегулирует оптимальную влажность в помещении и решит множество других бытовых задач. Все множество выключателей может заменить один пульт или настенный выключатель с экраном. Введение Стремление к комфорту всегда было одним из самых главных желаний человека. За последние десятилетия на рынке появилось множество новшеств, способных обеспечить в жилище уют и оптимальные условия. При этом само количество таких устройств создало проблему управления ими. Если оснастить дом современным отоплением, кондиционированием, освещением и другим оборудованием, то на их регулировку придется тратить слишком много времени. Основную идею «Умного дома» составляет умное управление. Холодильник, духовка, стиральная машина в будущем должны подключаться к Интернету, настраиваться и контролироваться на расстоянии. Это экономит время, деньги и энергию. Цель: изучить и рассказать о системах автоматизации жилых домов, входящих в технологию будущего - «Умный дом». Задачи: 1. Собрать материал по теме проекта, ознакомиться с возможностями и определиться с понятием «Умный дом». 2. Изучить функции «Умного дома» 3. Понять устройство и принципы работы 4. Подробно рассмотреть все системы автоматизации дома 5. Узнать о проблемах «Умного дома» 6. Выделить преимущества «Умного дома» 7. Сделать вывод, проанализировав полученную информацию. Теоретическая часть Понятие «Умный дом» «Умный дом» – это технология будущего, позволяющая создать собственную инфраструктуру взаимодействия и управления всеми системами в доме и на прилегающей территории. Посредством приложений вы можете управлять своим домом, даже находясь в пути. В результате автомобиль по дороге может запрашивать уведомления о статусе бытовых приборов, а также отправлять команды. Например, находясь в автомобиле, вы уже можете включить отопление по дороге с работы домой. Или вы устанавливаете реле времени, которое автоматически запустит нагрев духовки для приготовления ужина, если предполагается, что вам осталось ехать до дома всего 20 минут. И наоборот, умный дом может напомнить вам о том, что нужно отключить отопление с помощью дистанционного управления, если посредством GPS автомобиль определяет, что вы удаляетесь от своего дома. В Швейцарии компания Digitalstrom связала свою систему с одним из метеорологических институтов: при штормовых предупреждениях автоматически закрываются шторы и опускаются жалюзи. Умными бытовыми приборами компании Siemens можно управлять с помощью приложения для iOS. Приложение может также принимать из кухни push-уведомления: например, сообщить о том, что пирог в духовке уже готов или что посудомоечную машину можно разгрузить. Бытовая техника умного дома будет многофункциональной. Например, на экране холодильника можно будет искать кулинарные рецепты, оставлять заметки и многое другое. Компания Samsung наконец приняла стартап SmartThings, портфолио которого уже включается в себя 1000 умных приспособлений для дома. Умные бытовые приборы — это перспективный рынок: исследователи оценивают оборот в данной отрасли примерно в €4,1 млрд. к 2017 году — и это в одной лишь Европе. Список идей огромен: будильник, который определяет пробки по дороге на работу и поэтому звонит на 30 минут раньше; отопление, которое включается только тогда, когда в помещении становится слишком холодно; умный пол, который распознает взломщика. Страховые компании также открыли для себя новый рынок: умные системы труб, например, могут определять угрозу прорыва. Но умные устройства открывают и новый оперативный простор для хакеров и вирусов, ведь каждое устройство, подключенное к Интернету, теоретически может подвергнуться хакерской атаке. Уже сейчас появились “умные” отделочные материалы. Все поверхности в домах будущего будут изготовлены из “умных материалов”, благодаря чему будет много различных функций. Например, стены умеют не пропускать Wi – Fi сигнал, обеспечивая тем самым невозможность взлома и ” кражи ” вашего Wi – Fi. Специальная бумага блокирует сигнал Wi – Fi, тем самым не позволяя ему проникать за пределы отдельной комнаты или дома. Окна дома также станут многофункциональными, превратившись в огромные прозрачные экраны – такая технология была представлена на выставке CES 2012. Специалисты компании Samsung разработали SmartWindow – окна, которые, как сказали журналисты, напоминают “гигантские прозрачные планшеты”. Еще одна разработка в этой области – пол GravitySpace, которая способна распознавать людей по весу их тела. При этом данный пол является большим экраном, на котором, например, может появиться виртуальный мячик, если вы захотите поиграть в футбол. В целом вся бытовая техника станет разумной, и ею можно будет управлять не только с помощью кнопок, а просто отдавая голосовые команды. Так уже сейчас существуют такие технологии искусственного интеллекта для дома как “Клеопатра”, благодаря которой “умный дом” может распознавать достаточно много голосовых команд, например таких как “включи свет в гостиной”, “уменьши температуру до стольких то градусов” и тому подобное. Кроме того, благодаря встроенным датчикам движения и встроенному датчику в часах хозяина, “умный дом” заранее знает о его приближении к двери и открывает их. Также, например, “Клеопатра” умеет сообщать о пропущенных звонках, напоминать о различных событиях и т.п. Уже сейчас большинство производителей бытовой техники встраивают в свою продукции системы дистанционного управления, благодаря которым включать или выключать тот или иной бытовой прибор просто нажав нужную кнопку на экране смартфона. Довольно скоро такие технологии позволят со смартфона управлять всеми приборами в доме: начиная от кофеварки и заканчивая дверным замком. Функции «Умного дома». Что может «умный дом»? Практически все, что подключено к комплексу управления. Когда говорят об умном доме, речь идет о том, чтобы по возможности объединить в сеть все компоненты жилища и осуществлять централизованный контроль и управление ими. Функции «умного дома» основаны на координации различного оборудования. В стандартный набор входят функции управления и контроля: освещением; микроклиматом; исполнительными системами; пожарной и охранной сигнализацией; системой антизатопления и предотвращения утечки газа; доступа в дом и на территорию; мультирум, медиацентр; видеонаблюдение и оповещение.  Устройство и принцип работы Система имеет модульную комплектацию, поэтому может быть рассчитана на любой дом, квартиру, бюджет и различаться по функциональности. Сердцем всего комплекса является сервер, подключаемый к WI-FI. К серверу подключены модули приемника и передатчика, которые посредством беспроводной связи будут взаимодействовать с датчиками и силовыми блоками. Управление «умным домом» осуществляется следующими способами: кнопочными или сенсорными выключателями, пультом дистанционного управления или смартфоном из любой точки мира, где есть доступ к Всемирной сети. Как правило, создатели интеллектуальных устройств имеют ресурс комплекса приложений, доступ к которым бесплатно предоставляется пользователям через интернет. Благодаря предлагаемым приложениям настраиваются различные режимы, программируются алгоритмы работы оборудования и создаются сценарии. К тому же все личные настройки копируются в облачное хранилище и при случайном сбое их всегда можно вернуть. Простейший «умный дом» ‒ это управляемые розетки. В них можно подключать оборудование, выставлять режим работы и управлять через Сеть.  Системы автоматизации «умного дома»: - Освещение Для управления светом предусмотрены силовые блоки, которые могут выполнять функцию простого выключателя или диммера. Освещение может регулироваться через датчик движения. Пользователь получает возможность включать и выключать все сразу или отдельные точки освещения одним нажатием кнопки. Выбирать различные режимы яркости и программировать их по времени или в зависимости от ситуации. Например, включаете телевизор, и свет автоматически приглушается. Можно также выбрать постепенное затухание в режиме засыпания или постоянную яркость в помещении с учетом солнечного света. При подключении освещения через датчик движения, свет будет включаться автоматически при появлении человека в помещении, и гаснуть при отсутствии движения через настроенный промежуток времени. Есть возможность выбрать собственный сценарий освещения для вечеринки, романтического свидания или создать эффект присутствия на время отъезда. Настройки позволяют оповещать пользователя, если он забыл выключить свет или выключать его автоматически. Производители утверждают, что это не только удобно икомфортно, но и экономично. При грамотно построенных алгоритмах регулировки освещения экономится до 30% электроэнергии.  - Микроклимат Эта функция обеспечивается благодаря датчикам температуры и влажности. При этом устройства устанавливаются в тех помещениях, где необходимо выполнять регулировку. Пользователь может задавать различные режимы: выбрать постоянную температуру и влажность для всего жилья, для каждой комнаты индивидуально, а также задавать переменные режимы по часам и дням недели. В соответствии с заданным алгоритмом, система будет регулировать климатические устройства (отопление, кондиционирование, увлажнение, осушение, вентиляцию). В приложениях существует много дополнительных функций. Например, «открытое окно» или «гости». В первом случае отопление отключится, чтобы не расходовать лишнюю электроэнергию или газ, а во втором ‒ при скоплении людей увеличится интенсивность работы вентиляции. В среднем автоматическое управление микроклиматом позволяет сэкономить до 40% энергозатрат и создать благоприятные условия для здоровья домочадцев.  - Исполнительные системы К ним относятся силовые устройства, выполняющие открывание/закрывание дверей, ворот, шлагбаума, штор, жалюзи, роликовых ставней. Это могут быть также автоматические клапана на водопроводе, отоплении или газопроводе, поливочные и пожарные насосы, повороты видеокамеры. С помощью этих устройств можно закрыть штору или открыть дверь гостю, не вставая с дивана. Возможность настроек позволяет программировать автоматическое закрытие и открытие штор/жалюзи по времени суток или в зависимости от естественного освещения. Можно настроить полив клумб и газонов, используя внешние датчики погоды. Ворота, двери и ставни могут работать в тандеме с охранной сигнализацией и закрываться при несанкционированном проникновении.  - Мультирум и медиацентр Это возможность распределения звука и видео по дому и даже по придомовому участку. Перемещаясь по помещению, пользователь с помощью пульта или смартфона переключает звук и/или изображение на другие устройства. Функция также выполняется с помощью датчиков движения. Из последних разработок передовые производители предлагают акустические системы, управляемые голосом. При этом устройство способно адаптироваться к голосу и особенностям произношения владельца. Кроме музыки и видео, оно отвечает на вопросы, используя и фильтруя информацию из Википедии.  - Пожарная и охранная сигнализация Для безопасности немаловажно оснастить «умный дом» пожарной сигнализацией. В нее входят датчики дыма и огня, которые располагают в пожароопасных зонах. При фиксации огня и/или дыма устройство по умолчанию оповещает владельца, а по выбору дополнительно дежурного консьержа, охрану или отправляет сообщение в пожарную службу, включая звуковую тревогу. При наличии системы пожаротушения «умный дом» сам подавляет источник возгорания. Охранная сигнализация основана на датчиках движения, открытия дверей и окон, видеонаблюдении. При несанкционированном проникновении постороннего система блокирует входы и выходы, включает звуковую тревогу и, как при пожаре, оповещает хозяина и соответствующие службы охраны. Как дополнительные функции может быть установлен пульт для введения кода доступа после открытия дверей или тревожного кода для вызова охраны.  - Контроль доступа В «умном доме» даже замки на дверях подключены к системе, которая «признает» только одного хозяина, обозначающего статус остальных жильцов. Кроме ключа, специальные замки открываются с помощью смартфона, но неограниченный доступ есть только у владельца. Для других доступ может быть разрешен или отменен, а также настроен по времени или на определенный период. - Предотвращение затоплений и утечек газа Для определения аварийной ситуации в местах установки газового оборудования прикрепляются газоанализаторы, которые при обнаружении любого углеводорода в воздухе подают сигнал на сервер. В результате дается команда автоматическому клапану на перекрытие газа и одновременно оповещает хозяина. Остальные домочадцы узнают об утечке по громкой сигнализации. По желанию настраивается оповещение аварийной газовой службы. Для обнаружения утечки воды применяется специальный датчик, устанавливаемый в нижней точке помещения с сантехническим оборудованием. Алгоритм работы функции антизатопления происходит аналогично – вода автоматически перекрывается, а владелец оповещается.  - Видеонаблюдение и оповещение Видеонаблюдение внутри помещения и на дворовой территории производится с двумя целями. Первая ‒ это функция домофона, обеспечивающая видеосвязь с посетителем. Хозяин может видеть, кто позвонил в дверь и записывать сеанс связи. Вторая цель ‒ видеосъемка при срабатывании сигнализации. Видеоконтроль также можно осуществлять при услугах няни, домработницы или технических специалистов. Видеокамеры устанавливаются открыто или скрыто и имеют ИК-подсветку для ночной видеосъемки. Пользователь в любой момент может включить камеру и увидеть, что происходит у него в жилище. В настройках можно выбрать режим видеоняни, при этом камера будет реагировать на шум и плачь ребенка. Функция оповещения производиться на смартфон хозяина или нескольких пользователей. Настроить оповещение можно на любой номер, электронную почту. Повод оповещения также настраивается, так как по умолчанию на каждое действие «умного дома» будет приходить сообщение и «засорять» память мобильного устройства или почту. Владелец в любое время с любой точки может контролировать работу всего оборудования, узнавать температуру в помещениях. - Наружные системы Интеллектуальное жилище не ограничивается контролем и управлением внутреннего оборудования. Ведь на придомовой территории также нужно освещение, нередко полив или уличный обогрев. Особенно актуальны сегодня системы антиобледенения на дорожках, ступеньках и снеготаяния на крышах. Все эти функции также могут управляться комплексом «умный дом». В результате человек может забыть про бытовые мелочи. Пока «дом» сам будет решать все задачи, владелец может с комфортом и уверенностью наслаждаться жизнью. Проблемы «умного дома» Главная проблема всех интеллектуальных систем состоит в отсутствии общей стандартизации. Из-за этого оборудование одного производителя не совмещается с устройствами другого. Хотя в некоторых случаях бывают исключения. Выбирая «умный дом», потребитель вынужден воспользоваться предложением одного определенного изготовителя. Если у выбранной компании нет какой-то «интересной» функции, то ее нельзя дополнить сторонними устройством. Это же касается и приложений, которые редко бывают универсальными. Даже средство беспроводного соединения модулей бывает разным. Для многих главной проблемой может стать стоимость «умного дома». Высокая стоимость оборудования, его монтажа и обслуживания перекрывает затратами весь эффект от экономии энергоресурсов, обозначенных в преимуществах систем "умного дома". При тщательных подсчётах можно удостовериться, что срок окупаемости получается фантастическим. Также стоит отметить опасность выхода из строя дорогостоящего оборудования и возможные неудобства при необходимости проведения его ремонта и обслуживания. Неудобством при установке системы «Умный дом» является технический аспект прокладки кабелей для соединения многочисленных датчиков системы. При этом, если управление датчиками происходит по радиоканалам, то стоимость системы многократно увеличится. Многие пользователи при покупке системы интересуются, насколько безопасным для здоровья является установка многочисленных датчиков внутри дома. Специалисты ведущих мировых фирм производства элементов системы «Умный дом» заявляют о полной экологической чистоте и безопасности датчиков. Еще один недостаток – необходимость специального места в доме для размещения оборудования. Оборудование должно работать постоянно, стабильно и не ломаться, а значит, необходим источник бесперебойного питания и стабилизатор. А, в идеальном случае – резервный источник электропитания. В качестве такового может выступать генератор, работающий на бензине или дизельном топливе. Для генератора необходимо отдельное, специально оборудованное помещение, специализированное обслуживание. Также минусом является то, что пока такая система только начала внедряться на российский рынок. Поэтому редкие компании могут взять на себя монтаж системы. Иногда компании, занимающиеся установкой Умного дома, навязывают клиенту множество избыточных функций, которыми он, скорее всего, пользоваться не будет. Поэтому стоит продумать, какие задачи будут стоять перед системой «Умный дом». 6. Преимущества «умного дома» Основное преимущество – это комфортные условия для проживающих в доме людей. Им не нужно заботиться о бытовых мелочах – большую часть усилий по обслуживанию дома берут на себя «умные» бытовые приборы. Людям остается только вовремя изменять настройки автоматики. Оптимальный микроклимат - система Умный дом ориентирована на то, чтобы в вашем доме всегда дарила идеальная для здоровья атмосфера. В случае, если параметры будут отклоняться от заданных, Умный дом без всякого вмешательства исправит ситуацию. Вам останется только наслаждаться каждой секундой, которую вы проводите у себя дома. Согласованность работы всех компонентов жизнеобеспечения – огромное достоинство «умного дома». Так, при возникновении возгорания система не только сообщит об этом на пульт пожарной охраны, но и отключит электричество и подачу газа, перекроет вентиляцию и включит установку гашения огня. «Умный дом» существенно сокращает энергопотребление. Освещение работает только в местах присутствия людей, вентиляция, нагрев системы отопления и горячей воды тоже действуют на полную мощность только тогда, когда хозяева присутствуют в доме. В случае, если в зале зажжен камин, выключается кондиционер, а когда система переходит на аварийное энергоснабжение от генератора, отключаются все второстепенные электроприборы. Безопасность – немаловажное преимущество системы «умный дом». Система будет отслеживать активность посторонних лиц рядом с домом,сообщать на пульт охраны о попытках проникновения, может заблокировать окна и двери. Информировать хозяев о самовозгорании и затоплении, блокировать электрические приборы, если ребенок остался дома без присмотра. Красивый дизайн - не стоит бояться, что система превратит вашу квартиру в нагромождение из всевозможных приборов и проводов. Дизайн Умного дома не предполагает ничего лишнего: он незаметен в интерьере и не портит его своим видом. Видны будут только высокотехнологичные пульты управления, которые представляют собой жидкокристаллические экраны, вмонтированные в стену. Однако в случае необходимости вы можете обойтись без них, управляя системой при помощи специального планшета или собственного смартфона. Простота управления - справиться с управлением системой сможет даже ребенок. Она интуитивно понятна и крайне проста: как правило, хозяева осваивают ее за пару дней. Поэтому не стоит бояться, что умный дом — это слишком сложно. Система ориентирована на простых пользователей, которые не хотят тратить много сил и времени на то, чтобы сделать свою жизнь комфортной. Заключение Разработчики считают, что возможности интеллектуальных систем управления далеко не исчерпаны и находятся на начальной стадии развития. Несмотря на широкий функционал, потенциал подобного оборудования огромен. В будущем планируется расширить технологии и возможности, включив контроль не только технических и инженерных устройств, но и физического состояния жильцов. Системы будущего смогут слышать сердце и дыхание человека, анализировать его поведение, а при необходимости самостоятельно вызвать скорую медицинскую помощь или предупреждать о критическом состоянии организма. Закончив свой проект, я могу сказать, что технологий, входящих в систему умный дом, очень много. В случаи применения системы умный дом потребитель должен тщательно проанализировать достоинства и недостатки, а также необходимость установки всех систем. Необходимо индувиудвально определить, какие системы необходимы, а какие излишне, какие очень дорогостоящие или с большим сроком окупаемости. Но если правильно произвести проектирование, расчёт и монтаж, то технологии «Умный дом» многократно повысят комфорт проживания, физическую безопасность людей. Технология «Умный дом» является составной частью глобального стремления человечества к снижению затрат энергии и ресурсов. Список литературы 1.В. Харке «Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и системы коммуникаций в жилищном строительстве» Издательство: Техносфера, 2006 г. 2.Марк Эдвард Сопер «Практические советы и решения по созданию “Умного дома”» Издательство: НТ Пресс, 2007 г. 3. http://www.mnogo-otvetov.ru/dom/chto-takoe-umnyj-dom-i-chto-on-umeet/ 4. https://kuzmich24.ru/stat_i_i_sovety/umnyj-dom-tehnologiya-i-sistema-upravleniya/ 5. http://karel-artel.ru/news/news_post/tekhnologii-umnogo-doma |