ОТСС. КР ОТСС. Выбрать для асу, представленной на рисунке контроллер и пульт ду и дать обоснование выбранного оборудования
 Скачать 1.14 Mb.
|
|
Цель работы Выбрать для АСУ, представленной на рисунке контроллер и пульт ДУ и дать обоснование выбранного оборудования. Описать интерфейсы, использующиеся для передачи информации.  Автоматизировать работу электроприборов, встречающихся в каждой квартире, желает каждый. Оборудование, представленное на рынке различными производителями, позволяет легко создать производительную конфигурацию. Выбирать оборудование следует с учетом бюджета проекта, а также с учетом тех протоколов, которые уже используются в модулях. Рынок предлагает как готовые решения, так и отдельные элементы, которые останется только подключить и настроить. При желании собрать контроллер для собственного умного дома можно своими руками, но в этом случае потребуются определенные навыки. Большинство же отдает предпочтение покупке готовых решений, о чем и пойдет речь дальше. Контроллер — это мозг умного дома. Он позволяет добавлять, удалять и настраивать все устройства домашней сети. Устройство является ключевым элементом конфигурации, выступая в качестве центра управления всем умным домом. С помощью прибора удается обеспечить исполнение сценария устройствами, которые включены в единую сеть. Контроллер отвечает за хранение программ, состоящих из последовательности действий, выполняемых электроприборами при соблюдении определенных требований. Также именно он позволяет связать умный дом с гаджетом его владельца. Поэтому не удивительно, что без контроллера невозможно обойтись. В противном случае активировать работу каждого устройства придется самостоятельно, что не позволит говорить об автоматизации. Датчики, которые входят в состав комплекта, выступают анализаторами. Их задача в том, чтобы передать определенную информацию на контроллер системы, а уже он будет решать то, как реагировать в конкретной ситуации в соответствии с заданной схемой. Умный дом без контроллера невозможно назвать таковым. Возможности контроллера Устройство соединено с различными сенсорами и интеллектуальными приборами, посредством чего удается быстро обрабатывать информацию и отображать ее в работе оборудования. Поэтому способности контроллеров не ограничены. С их помощью активируется освещение или изменяется яркость, открывается вода или включаются бытовые приборы. Контроллер может автоматически активировать сигнализацию, когда владелец покидает дом. Устройству подчинены разнообразные функции, которые, обычно, определяются конфигурацией умного дома. Говоря о контроллере, обычно подразумевают небольшой сервер, способный хранить и обрабатывать информацию. Визуально его можно сравнить с компактным ПК, который имеет собственную ОС. Оборудование обладает повышенной надежностью и базируется на применении новых технологий. Для построения конфигурации требуются только профессиональные компоненты. Устройства подразделяют на две группы: Многофункциональные контроллеры; Элементы с опцией расширения. Представленные на рынке устройства могут комплектоваться коммутационными панелями или модулями, которым контроллер передает ряд функций, к примеру, трансляцию информации. Распространённые модели оборудования Каждая компания, которая предлагает свою продукцию клиентам, заботится о ее производительности и надежности. Покупателю остается учесть различные особенности изделий производителей и выбрать среди них лучший вариант. Овен Устройства данной марки можно назвать контроллерами базового уровня. Их отличие в использовании Modbus-протокола. С его помощью удается организовать передачу информации между различными каналами. Применять его следует в квартирах и загородных домах, этажность которых не превышает двух. Конфигурация обладает функциями для программирования освещения (наружного и внутреннего), обеспечения обогрева или активации сигнализации. Контроллер связан с пультом пользователя благодаря интерфейсу RS-485. Установка подходящего сценария выполняется владельцем устройства. Приложение включает в себя несколько блоков. Каждый из них контролирует выбранный сегмент. Такой контроллер позволяет отправить текстовые сообщения на гаджет владельца, для чего реализован GSM канал. Оповещение можно настроить для работы в экстренных ситуациях, а также в случае неисправности важных элементов схемы. VeraEdge Контроллер марки vera позволяет создать умный дом, отличающийся высокой надежностью. Модели данной линейки востребованы среди покупателей. Устройства работают без сбоев на протяжении лет, что делает их выбор верным решением. К преимуществам модели стоит отнести: Производительность; Эргономичный дизайн; Компактные размеры; Повышенный уровень надежности. Для своего устройства производитель воспользовался новой платформой, отличающейся высокой производительностью. ОЗУ увеличена до 128 Мб, а микрочип обладает частотой в 600 МГц. У владельца есть шанс контролировать процессы, выполняемые электроприборами. Общее количество механизмов в схеме может достигать 200 единиц. Дополнительно устройство имеет модули связи для регулировки по Wi-Fi. Не обошлось без недостатков. Так производитель забыл о необходимости установить ИБП, который отвечает за бесперебойную работу. Но пользователи всегда могут докупить подходящую модель и установить ее самостоятельно. Arduino Компания arduino остается лидером сегмента. Она предлагает набор для экспериментов, с помощью которого создать индивидуальный умный дом с контроллером будет делом техники. Простота оборудования позволяет смонтировать и настроить его работу собственноручно. Контроллер привлекает внимание небольшими размерами. Комплект поставки включает множество сенсоров с различными индикаторами. Голосовое управление умным домом Большой опыт работы на рынке позволил arduino изготовить контроллер для умного дома, который недалек от идеала. С его помощью домашнюю автоматизацию может организовать каждый желающий. Любой сенсор способен поддерживать беспроводной протокол передачи информации, а также демонстрирует минимальные погрешности. Для управления ними используются отдельные блоки, отличающиеся уникальным дизайном и удобной навигацией. Существует и отдельное приложение для управления умным домом. Siemens Известный производитель предлагает своим клиентам ряд решений, позволяющих автоматизировать работу приборов: В бытовых условиях; На производстве; В промышленных цехах. Контроллеры компании представлены целой линейкой моделей LOGO. Популярность заслужили устройства двухкомпонентного типа. Первый из них имеет разъемы и дисплей, а второй отвечает за выполнение заданных действий, а также позволяет подключиться к контроллеру по надежному проводному каналу. Преимуществом для пользователей является наличие собственных разработок компании. Посредством нововведений ее контроллеры остаются производительными и имеют широкую сферу применения. Положительные и отрицательные стороны контроллеров Использовать автоматизированное оборудование может каждый желающий, ведь оно отличается доступной ценой и широким распространением. Можно выбрать контроллер на avr, который сделает управление умным домом приятным и интуитивным. В то же время нет необходимости приобретать полный комплект сразу, так как схему можно расширять постоянно. Достоинством контроллеров является быстрое решение задач, указанных владельцем. Также оборудование применимо для увеличения автономности жилья, ведь даже простейшие механизмы можно заставить работать при отсутствии владельца. Но не обходится и без слабых сторон. Так пользователи часто сталкиваются со сложностями: Во время подключения и настройки; С дорогостоящим обслуживанием. Развитие технологических процессов, которое можно наблюдать сегодня, позволяет надеяться, что эти недостатки будут нивелированы в ближайшем будущем. Существует, также, большое количество решений от других производителей, включая отечественные, но, поскольку мы остановим наш выбор на контроллере Arduino, я не вижу смысла обозревать их все. Выбор контроллера Итак, исходя из информации, представленной выше одним из наиболее подходящих вариантов для дома с нашей схемы, является контроллер Arduino, имеющий ряд следующих преимуществ: Контроллер Arduino предусматривает использование компонентов других производителей. Возможность создания собственных программ умного дома, так как исходных код проекта открыт. Язык программирования простой, мануалов в сети для него много, разобраться сможет даже начинающий. Простой проект делается за один час практики с помощью дефолтных библиотек, разработанных для: считывания сигналов кнопок, вывода информации на ЖК-дисплеи или полу-сегментные индикаторы и так далее. Запитать, посылать команды и сообщения, программировать, или перенести готовые программные решения в Arduino можно с помощью USB-кабеля. Также имеет ряд готовых приложений для смартфона, предоставляющий широкий функционал для точной настройки «умного дома». Кроме того, в стартовые комплекты Arduino также входит и пульт ДУ для контроллера Ардуино, что позволяет решить следующую, поставленную в данной работе, задачу. Выбор пульта ДУ Инфракрасный пульт дистанционного управления — один из самых простых способов взаимодействия с электронными приборами. И в настоящее время на рынке имеется огромное множество различных вариантов пультов ДУ, различающимися как количеством кнопок, так и дизайном. Теме не менее, как показывает практика, в большинстве случаев для простого взаимодействия с приборами обычно достаточно либо базового пульта, с небольшим количеством кнопок (так как все сложные действия будут программироваться отдельно, через другие приложения) – для того, чтобы открыть ворота или дверь гаража, например, достаточно будет самого простого пульта с двумя кнопками, либо, что для некоторых будет даже удобнее, просто воспользоваться приложением на смартфоне. Кроме того, многие производители, такие как, например, Хiaomi, часто добавляют в базовый функционал своих смартфонов эмуляторы ИК пультов ДУ, с огромной библиотекой различных приборов, которую, при необходимости, можно в любой момент дополнить, скачав обновление из интернета. Поэтому я не вижу особого смысла в подборе именно пульта ДУ для «умного дома» в данном контексте, кроме того, что и так уже имеется в базовом наборе Arduino. Проще будет рассмотреть некоторые варианты дистанционного управления «умным домом» с помощью нескольких популярных приложений для этого. Итак, для подключения платы контроллера к интернету, понадобится Wi-Fi-адаптер, настроенный на прием и передачу сигнала через маршрутизатор или подключенный через Ethernet кабель Wi-Fi роутер. Также, есть вариант дистанционного управления по блютуз. Соответственно, к плате контроллера должен быть подключен Bluetooth модуль. Есть несколько вариантов управления умным домом Arduino: с помощью приложения для смартфона или через веб. Рассмотрим каждое подробнее. Приложения управления Так как данная система-конструктор – не закрытая экосистема, то и приложений, реализованных для нее очень много. Они отличаются друг от друга не только интерфейсом, но и выполнением различных задач. Blynk  Приложение на андроид и iOS с отличным дизайном, позволяет разрабатывать проекты, имеющие напрямую доступ к триггеру событий, на плате Ардуино. Но для работы приложения нужно интернет-подключение, иначе взаимодействовать с ним невозможно. Virtuino  Бесплатное приложение на Android, позволяющее совмещать проекты в одно целое и управлять с помощью Wi-Fi или Bluetooth сразу несколькими платами. Разрешает создавать визуальные интерфейсы для светодиодов, переключателей, счетчиков, приборов аналоговой схематехники. В нем есть учебные материалы и библиотека знаний о процессе работы с системой. Bluino Loader – Arduino IDE  Приложение для телефона, представляет собой программную среду для кодирования Arduino. С его помощью можно быстро и легко скомпилировать код в файл, а затем отправить по OTG-переходнику на плату. Arduino Bluetooth Control  Приложение контролирует контакты Arduino и управляет основными функциями по Блютузу. Но, программа не направлена на удаленное управление, только мониторинг. RemoteXY: Arduino Control  С помощью приложения пользователь может создать свой собственный интерфейс управления платой. Подключение происходит с помощью Wi-Fi, Блютуз или интернет, через облачный сервер. Интерфейсы передачи информации Так как мы решили самостоятельно спроектировать автоматику для умного дома, то первым делом необходимо определиться, какой именно протокол будут использовать компоненты системы для связи друг с другом. Возможных вариантов на удивление много, так что мы рассмотрим стандарты, пользующихся наибольшей популярностью в России и Европе. 1-Wire Пожалуй, самый банальный способ связать все устройства воедино — это взять на вооружение стандарт 1-Wire. Дело в том, что основной магистралью для передачи данных здесь выступает двунаправленная шина, которая в простейшем случае выглядит как двужильный провод. Другими словами, при создании сети можно обойтись даже дешевым телефонным кабелем. Один провод в данном случае используется для питания и передачи данных, другой — для заземления. Топология сети — общая шина, т. е. ведомые устройства буквально «нанизываются» на единый кабель, как бусины на нить. Конечно, сеть 1-Wire не обязана выглядеть топорно: можно взять за основу качественную «витую пару» или FireWire-кабель, а компоненты подключить через RJ-розетки. Собственно, чем добротнее организована сеть, тем большую протяженность она может иметь: в идеальных условиях это значение достигает 300 метров. Тем не менее, главная «фишка» данного стандарта — дешевизна и неприхотливость. Есть у него и негативная характеристика — низкая отказоустойчивость. «Гирлянда» из устройств 1-Wire, как правило, подключается к компьютеру — для этого используются специальные адаптеры. Реже управление сетью отдается на откуп микроконтроллеру. Обычно список используемых компонентов 1-Wire ограничивается датчиками температуры, освещенности, влажности и протечки, а также электрическими розетками, способными включаться и отключаться по команде. В некоторых случаях данное решение также используется для управления освещением. В целом, 1-Wire подойдет экономным пользователям, которые не предъявляют серьезных требований к функционалу умного дома. X10 X10 — стандарт, разработанный еще в далеком 1975 году. Пик его популярности уже позади, но, тем не менее, он по-прежнему активно используется при проектировании умных домов. Секрет подобной живучести — необычайная универсальность при относительно низкой стоимости. В отличие от 1-Wire, X10 не требует прокладки специального кабеля: для передачи сигнала используется электропроводка здания. Также предусмотрена возможность использования трансиверов, которые ловят радиосигнал от беспроводных устройств, преобразуют его в нужный формат и передают в электрическую сеть. Данная функция используется для взаимодействия с датчиками и пультами ДУ. X10 может похвастаться обилием всевозможных исполнительных модулей (актуаторов): при их должной подборке, автоматика способна управлять электроприборами, освещением, отоплением, вентиляцией и охранными системами. Можно даже заставить ваш дом самостоятельно осуществлять полив растений и регулировать степень открытия оконных штор на основании различных факторов. Для корректной работы всего этого добра необходимы специальные контроллеры. Как правило, их можно единожды запрограммировать с помощью компьютера, и в дальнейшем они будут выступать в качестве независимых устройств. Серьезным недостатком X10 является низкая скорость передачи данных, из-за которой отклик на какое-либо действие происходит с секундной задержкой. Ну, а поскольку команды передаются последовательно, то, скажем, организовать сложное динамическое освещение посредством данного протокола практически невозможно. Кроме того, для использования X10 может потребоваться незначительная доработка электропроводки. KNX KNX — дорогостоящий вариант, пользующийся популярностью в Европе. Стандарт характеризуется обилием заложенных в него функций, а также сложностью проектирования и монтажа. В качестве среды для передачи данных протокол KNX может использовать шину (витую пару), электрическую сеть или радиоканал. Чаще всего применяется первый вариант, нередко необходимые провода прокладываются совместно с силовыми кабелями еще на этапе строительства. Стандарт предусматривает различные варианты топологии сети. Итоговая система обязана иметь собственный источник питания, но при этом в ней может отсутствовать центральный контроллер, т. е. KNX позволяет создавать децентрализованные решения, в которых сенсоры и исполнительные модули взаимодействуют напрямую. Протокол подходит для автоматизации крупных зданий, в одну сеть можно объединить до 58000 устройств. Актуаторы в данном случае отличаются разнообразием и позволяют под завязку «упаковать» дом нетривиальным функционалом. С программно-аппаратной точки зрения KNX хорош — это серьезный стандарт для решения серьезных задач. Вот только он плохо подходит для энтузиастов-одиночек: оборудование стоит дорого и связать его воедино непросто. Ну а если доверить проектирование и монтаж KNX-решения специалистам, то итоговая стоимость проекта будет совсем уж неприличной. Wi-Fi Вездесущий Wi-Fi используется практически в каждом умном доме. Обычно этот стандарт связи применяется для того, чтобы подружить смартфон или планшет с уже готовой автоматизированной системой. Мобильное устройство всегда под рукой, а потому управлять домом с его помощью, порою, удобнее, чем использовать для этой цели компьютер, настенную сенсорную панель, пульт ДУ или интерпретатор речи. Особенно это актуально в тех случаях, когда для взаимодействия с системой предусмотрено специальное приложение, а не только веб-интерфейс. Иногда Wi-Fi применяется для связи с устройствами, которые могут функционировать автономно, без помощи «умной» сети. Пример такого гаджета — лампочка LIFX. В последнее время подобные устройства набирают популярность, ведь они позволяют приобщиться к технологиям умного дома, не тратя время и силы на установку вспомогательного оборудования. Для сложных систем автоматизации Wi-Fi не подходит: модули связи этого стандарта дороги и очень прожорливы, а демонстрируемые ими скорости в рамках умного дома попросту не востребованы. ZigBee ZigBee — протокол связи по радиоканалу, превосходно вписывающийся в концепцию умного дома. Во-первых, стандарт позволяет создавать датчики с низким энергопотреблением и превосходной отзывчивостью: большую часть времени их беспроводные модули находятся в спящем режиме, но на пробуждение последних тратится всего 15 миллисекунд. Во-вторых, ZigBee поддерживает ячеистую топологию сети, при которой отдельные компоненты могут выступать в качестве посредника, передающего сигнал от одного устройства к другому. Подобная структура способна к самоорганизации и самовосстановлению, выход из строя одного-двух элементов, как правило, не приводит к серьезным последствиям. Ячеистая топология также позволяет существенно увеличить область покрытия беспроводной сети, так что при грамотном подходе ZigBee можно использовать для автоматизации не только жилых домов, но и крупных рабочих помещений. Компоненты сети разделяются на три типа: координаторы, маршрутизаторы и конечные устройства. Первые берут на себя функции управления сетью, т. е. в системе обязательно должен присутствовать хотя бы один координатор. В роли маршрутизаторов выступают устройства-посредники. Они обязаны быть «на взводе» постоянно, и потому нуждаются в питании от электросети. Конечные устройства — это всевозможные датчики и контроллеры исполнительных устройств. Они могут работать от комплекта батареек месяцами и даже годами. В целом, ZigBee подходит для решения всех типовых задач, связанных с проектированием умного дома. При этом стоимость оборудования можно назвать умеренной, да и процесс монтажа относительно прост. Впрочем, есть у стандарта и небольшой минус: ZigBee-устройства разных производителей нередко оказываются несовместимыми. Z-Wave Z-Wave — протокол беспроводной связи, который во многом схож с ZigBee — здесь и низкое энергопотребление, и поддержка ячеистой топологии сети. Эти стандарты также сопоставимы по стоимости оборудования. Разумеется, при детальном изучении протоколов можно обнаружить некоторые различия в технической части, однако куда важнее тот факт, что их разработчики по-разному относятся к вопросу стандартизации. У Z-Wave с этим строго: все устройства, вне зависимости от фирмы-производителя, базируются на беспроводных модулях Sigma Designs (именно эта компания разработала протокол). Как следствие, все они совместимы друг с другом. Также для данного стандарта выпущено меньше программного обеспечения, нежели для ZigBee, но зато оно гарантированно работает с любым оборудованием Z-Wave. Таким образом, Z-Wave — это конструктор LEGO от мира умных домов. Да, это не самый дешевый и не самый надежный вариант, но для тех, кто хочет самостоятельно автоматизировать свое жилище, он подойдет как нельзя кстати. Insteon Insteon пользуется большой популярностью в США, однако в Европу и Россию он пришел совсем недавно. Фактором, сдерживающим распространение, стала несовместимость изначальной версии протокола с нашими электросетями: как и X10, Insteon использует проводку здания для передачи сигналов. Однако, в отличие от устаревшего конкурента, новый стандарт также поддерживает связь по радиоканалу, причем проводная и беспроводная сеть функционируют одновременно, дополняя друг друга и существенно повышая надежность автоматизированной системы. Кроме того, у Insteon нет проблем с отзывчивостью, свойственных X10. К плюсам Insteon также можно отнести ячеистую топологию сети и совместимость с устройствами X10: есть возможность постепенно перейти со старого стандарта на новый. Интересная особенность — возможность организовать работоспособную сеть без использования центрального контроллера. Конечно, в этом случае функционал умного дома будет сильно ограничен, но сам факт радует. С точки зрения проектирования, заморский гость схож с Z-Wave: все жестко стандартизировано, значительная часть оборудования выпускается под брендом Insteon самими создателями протокола — фирмой Smartlabs. Систему для умного дома на основе нового стандарта можно собирать постепенно, докупая необходимые компоненты по ходу. В общем, Insteon хорош. К его минусам можно отнести разве что проблемы с доступностью нужного оборудования в России. Заключение В процессе выполнения контрольной работы был произведен анализ схемы «умного дома», рассмотрены и проанализированы наиболее популярные варианты контроллеров, представленные на рынке, на сегодняшний день, а также сделан обоснованный выбор наиболее подходящего варианта контроллера и пульта ДУ для данного контроллера. Кроме того, был произведён анализ и краткое описание наиболее подходящих интерфейсов передачи информации, использующихся при создании «умных домов». |