В мир информатики # 90 (16–30 апреля).
Планета “Железяка”

Умный дом

Что это такое?

Как вы, конечно, знаете, в настоящее время электронные устройства используются очень и очень широко — в калькуляторах, компьютерах, телефонах, автомобилях, самолетах, космических аппаратах, игрушках и т.д. А известно ли вам, что они применяются и для управления помещениями?

Электронные системы, используемые для этого, можно разделить на две категории. К первой относятся системы управления зданием. Как правило, данные системы имеют централизованное управление и используются в крупных промышленных зданиях или крупных офисных учреждениях. Основная задача таких систем — управление системами жизнеобеспечения (отопление, кондиционирование, безопасность и др.).

В общих чертах, система работает следующим образом. К центральному компьютеру подключено множество датчиков, которые собирают различную информацию, начиная от температуры на улице и внутри помещений и заканчивая скоростью движения воздуха в вентиляционной шахте. После опроса этих датчиков система анализирует ситуацию и в зависимости от установок, заданных ей оператором, принимает то или иное решение.

Так же быстро решаются проблемы в случае аварийных ситуаций: оператор видит место аварии на экране и знает, куда послать ремонтную бригаду.
А в случае аварии одного из котлов система автоматически подключит резервный котел и отключит подачу газа к аварийному, даже несмотря на возможные неправильные действия оператора. Только перечисленные преимущества позволяют сделать систему выгодным вложением средств. Но это еще не все, система сама себя окупит за счет той экономии энергоресурсов, которую она обеспечивает. К примеру, если зимой на улице стало теплее, то снижение интенсивности обогрева значительно сократит расходы, а если запрограммировать систему на то, чтобы отопление выключалось на ночь, когда в офисе никого нет, и включалось ближе к утру, чтобы воздух успел прогреться, то экономия будет видна практически сразу.

Использование подобных систем позволяет уменьшить количество обслуживающего персонала, поскольку для наблюдения за всем комплексом достаточно одного оператора, который, находясь рядом с управляющим компьютером, будет следить за системой.

Как и любая другая, эта система также имеет свои недостатки. Нельзя бесконечно увеличивать количество подключенных устройств, ведь скорость работы системы — весьма критичный фактор. При увеличении числа устройств не только усложняется их подключение, но и снижается общая производительность системы, поэтому данные системы в основном используют для контроля за большими сооружениями или сооружениями, оборудованными сложными техническими устройствами. Для домашнего использования больше всего подходят системы второй категории.

Такие системы и называются “умными домами”. Они нашли применение в помещениях, где на первое место поставлен комфорт: в обычной городской квартире, в крупных офисных центрах. Причем это не просто дань моде. Автоматика просто незаменима, когда среда проживания превышает 3–4 комнаты, хотя может быть использована и в обычной квартире. “Умный дом” позволяет чувствовать себя комфортно всегда и везде. Комфорт достигается за счет того, что человеку нет необходимости выполнять действия, на которые способна автоматика. Так, например, при возвращении хозяина дом сам включит освещение, разогреет ужин и включит телевизор. Но это не означает, что человек становится заложником автоматики, — он может сам управлять автоматикой при необходимости. Управление может осуществляться с пультов, установленных на стенах помещения. Пульты могут быть как простыми (обычные переключатели), так и более сложными, с подключенными сенсорными экранами. Можно воспользоваться универсальными дистанционными пультами, которые позволяют управлять как обычными бытовыми приборами (телевизорами, магнитофонами), так и освещением, вентиляцией или отоплением. Возможно управление и с помощью компьютера на работе, КПК (карманного персонального компьютера) или по телефону. Система также способна контролировать расход ресурсов. Так, когда датчик будет фиксировать достаточную освещенность, система выключит ненужное освещение, а в противном случае автоматически включит свет даже днем. Датчик движения включит освещение, когда вы войдете в кладовку, а таймер выключит его, если в течение некоторого времени датчик не зафиксировал движения.

“Умный дом” может представлять собой как децентрализованную систему, так и систему с центральным компьютерным управлением. Первое означает, что у системы нет какой-то центральной точки, в которую стекается информация от устройств. В таком случае каждое устройство подключено к общей шине данных, посредством которой устройства общаются между собой. По сути, в “умном доме” выключатели тоже являются элементами системы. Если в обычном доме выключатель лишь замыкает контакты, то в “умном доме” нажатие на клавишу приводит к посылке сигнала люстре, и она, в свою очередь, решает, что ей нужно сделать: включить, выключить освещение или просто изменить яркость свечения.

Во втором случае множество датчиков передают всю информацию о состоянии работы системы на главный модуль управления, который имеет возможность менять заданные параметры в зависимости от внешних условий. При этом каждая аварийная ситуация обрабатывается мгновенно, без участия человека. “Умный дом” чувствует и анализирует все, что происходит внутри и снаружи здания, и реагирует соответствующим образом.

История развития

Идея создания “умных” зданий впервые появилась в США. Самые первые “умные дома” — у состоятельных американцев — начали оборудовать электроникой еще в 1950-х годах.

Как комплексное решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были специальные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд телефонной линии, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно.

Поскольку развитие данного направления представлялось более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея “умного дома”.

Впервые эта задача была решена в 1978 году американскими компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России. Впрочем, X10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием. Для создания “интеллектуального дома” этого явно недостаточно. Аудио- и видеотехника требуют как минимум команд смены каналов, изменения громкости, перемотки и управления воспроизведением; а ведь требуется управлять еще системой отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха.

В поисках путей решения всех этих задач производители к настоящему времени достигли многого. Сейчас на рынке систем для “умных домов” есть несколько технологий. Одними из самых прогрессивных являются две технологии “умных домов”: американская система PowerLine и европейская Instabus. Также на этот рынок нацелена компания Intel с ее идей цифровых домов. Рассмотрим эти технологии подробнее.

Технология PowerLine рассчитана на передачу сигналов и взаимодействие устройств по электропроводке, так уж исторически сложилось развитие американских систем “умных домов”. Для технологии Instabus требуется прокладка специальной шины. Если устройство маломощное, оно запитывается от этой шины. Мощные устройства получают дополнительное питание от обычной электросети.

Особенностью системы Instabus является децентрализация устройств. Это означает, что устройства не подключаются к какому-либо центральному компьютеру или устройству, а общаются напрямую. Если каждое устройство будет выполнять какую-либо “свою” маленькую функцию и только при необходимости информировать о событии другие устройства, можно получить гибкую и умную систему.

К примеру, возьмем датчик движения. Срабатывая, он сообщает остальным устройствам, что произошло движение. Осветительный прибор, получив сообщение от датчика, включает свет. Но свет может включить не только датчик движения, но и датчик освещенности — он также посылает сообщение осветительному прибору.

Таким образом, устройствам достаточно “договориться”. Общение устройств напоминает общение компьютеров. У каждого из них есть свой уникальный адрес, и по этому адресу другое устройство высылает команду и сообщает, что нужно сделать.

В каждом устройстве есть список адресов, от которых оно принимает команды. Если устройство управляющее, например выключатель, то у него есть список адресов, по которым он должен разослать команды в случае нажатия на клавиши. Например, можно к одной клавише привязать включение лампы над столом, и при нажатии на эту клавишу выключатель пошлет команду лампе. К следующей клавише можно “привязать” все осветительные приборы в комнате, при нажатии на нее выключатель последовательно разошлет всем устройствам команду на включение.

Таким образом, человеку, который программирует все эти устройства, достаточно задать простые алгоритмы для каждого устройства в отдельности, что, в свою очередь, позволит всем устройствам слаженно функционировать.

Если бы управление системой было централизованным, это вызвало бы много проблем при установке и настройке (зато имело бы преимущества при эксплуатации). Представьте, для каждого помещения нужно написать сложнейший алгоритм, в котором учесть слаженную работу всех устройств. Поэтому такая децентрализованная схема пользуется заслуженной популярностью. Ввиду отсутствия центра “умный дом” можно установить в сколь угодно большом количестве помещений, а особенности программирования позволяют быстро задать однотипные схемы работы для всех устройств.

Отдельное место в этой системе занимает компьютер. Как вы уже, наверное, поняли, в непосредственном управлении “умным домом” в данной схеме он не принимает участие, но это не значит, что нельзя использовать все его преимущества. Компьютер посредством специальной платы подключают к шине Instabus, при желании можно установить специальный сенсорный экран.

Если сенсорный экран вмонтировать в стену и спрятать сам компьютер, тогда мы получим ультрасовременную обстановку.

На компьютер устанавливают специальное программное обеспечение. В его задачу входит отображение текущего состояния устройств в доме, а также управление этими устройствами. Несмотря на то что компьютер не является обязательной составляющей, его использование значительно повышает удобство и возможности удаленного управления устройствами.

Нельзя не упомянуть о еще одной важной технологии, нашедшей широкое применение в последние годы благодаря распространению домашних сетей, — HomePNA (HPNA), которая позволяет передавать сигналы и соединять устройства по телефонной линии. На данный момент разработано большое количество устройств, которые могут работать по соответствующему стандарту.

Этот обзор был бы неполным без упоминания концепции Digital Home (“цифровой дом”), которую продвигает фирма Intel. Данная технология разработана для объединения всех цифровых устройств (аудио- и видеоплееры, телевизоры, музыкальные центры) вокруг центрального обрабатывающего устройства, в роли которого выступает обычный персональный компьютер. Устройства обмениваются между собой данными посредством беспроводной связи. Эта разработка позволяет расширить возможность цифровых устройств и сделать развлечения более разнообразными. Для ее использования не нужно делать дополнительную проводку кабелей — достаточно оборудовать компьютер и медиасистемы специальными устройствами радиопередачи.

Первое знакомство российских пользователей с “цифровым домом” произошло в 2003 году, когда московское представительство корпорации Intel проводило презентации под названием “Карнавал цифровых технологий” в крупнейших городах.
В Москве возможности “цифрового дома” продемонстрировали на “Горбушке”3: во время шоу ведущий удаленно управлял устройствами, оборудованными беспроводными адаптерами. С помощью компьютера Tablet PC, на котором была установлена операционная система Windows SЕ, он включал и выключал вентилятор, соковыжималку, кофемолку, чайник. Для управления питанием устройств использовались “умные” розетки российского производства. После того как управляющий модуль получает команду на включение или выключение того или иного прибора, он посылает “умным” розеткам по электросети соответствующий сигнал.

В начале 2004 года была представлена концепция Entertainment PC, которая также относится к “цифровому дому”. Entertainment PC — это “развлекательный” компьютер, который совмещает функции музыкального центра, цифрового видеомагнитофона и телевизора, снабжен не только стандартными клавиатурой и мышью, но и пультом дистанционного управления.

На данный момент разработана система, позволяющая нескольким пользователям одновременно смотреть цифровое видео удаленно. Как пример приводится ситуация, когда пользователь, вернувшись домой, обнаруживает, что фильм, который он хотел посмотреть, уже начали смотреть без него.
В таком случае он может спокойно начать просмотр этого фильма на другом дисплее, не мешая тем, кто уже смотрит его в другом месте.

Перспективы

Очевидно, что самые передовые технологии в ближайшие годы будут появляться в домах достаточно обеспеченных людей. Звание самого дорогого “умного” особняка в мире сохраняется за жилищем главы фирмы Microsoft Билла Гейтса — оно стоит
53 млн. долларов США. В нем вся электроника и бытовая техника — от климатических систем до телевизоров — управляется чрезвычайно сложными компьютерными системами. “Умный дом” включает свет и музыку, когда гости и близкие Билла Гейтса входят в дом и перемещаются по многочисленным комнатам. При этом световое и музыкальное сопровождение по мере передвижения посетителей по “умным” апартаментам меняется согласно пожеланиям хозяина, которые сохранены в настройках. Гейтсу не нужно задавать температурный режим в помещениях или настраивать освещение — установленная “интеллектуальная” система по состоянию хозяина распознает, какие температура и освещение необходимы ему в данный момент для полного комфорта.

Но со временем стоимость “умных домов” значительно уменьшится и число их обитателей станет больше. Не исключено, что среди жителей (и разработчиков) таких домов будут и читатели нашей газеты.

По материалам газеты “IT news”


3 Известный в Москве торговый центр по продаже компьютеров и бытовой техники.