Глава 1
Что такое «умный дом»?
Что такое «умный дом»? Конечно, это не самостоятельно мыслящее здание – такого, к сожалению, или скорее даже, к счастью, пока еще никто не придумал. «Умным» называют современное здание, все коммуникации которого объединены при помощи высокотехнологичных устройств таким образом, чтобы человеку в нем было удобно. Бытовые приборы в «умном доме» объединяются в универсальную домашнюю сеть, которая может иметь возможность выхода в сети общего пользования. Это объединение множества систем различных производителей в единый управляемый комплекс и является главной особенностью такого дома. Сигналы от датчиков, установленных в каждом помещении, поступают к центральному компьютеру, который обрабатывает полученные сигналы и в зависимости от поставленной задачи генерирует управляющие команды для устройств, которые следует задействовать.
ИНТЕРЕСНО
Самому понятию «умный дом», оказывается, уже больше 30 лет. Оно было сформулировано еще в 70-е годы прошлого века Институтом интеллектуального здания в Вашингтоне. Формулировка звучала так: «Умный дом – это здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства».
По первоначальной задумке «умный дом» должен быть готовым к изменениям, то есть здание должно легко приспосабливаться к нуждам и потребностям человека. Присуща «умному дому» также возможность изменять конфигурацию систем, наращивая или видоизменяя ее. Естественно, технические и инженерные системы такого дома должны быть спроектированы так, чтобы их можно было достаточно просто адаптировать к возможным изменениям в будущем. Кроме этого, все системы дома должны иметь возможность интеграции друг с другом при минимуме затрат. Их обслуживание должно быть организовано также оптимальным образом.
Основные функции умного дома включают в себя управление следующими системами:
□ электроснабжение и освещение;
□ Интернет, телефонная и сотовая связь, система оповещения;
□ телевидение, аудио– и видеосистемы;
□ дистанционное управление;
□ водоснабжение и канализация;
□ климат-контроль, отопление и вентиляция;
□ обеспечение безопасности и видеонаблюдение;
□ пожарная сигнализация;
□ мониторинг поломок, например утечек газа или протечек воды;
□ и т. д.
При нарушении безопасности или поломке система тут же проинформирует хозяина о происшествии (например, посредством SMS или электронной почты), сообщит об этом в соответствующую службу: милицию, пожарную охрану и пр. Кроме этого, система «умного дома» в случае внештатной ситуации должна уметь сама наводить порядок: перекрыть воду или газ, выключить звук сигнализации или электроэнергию.
«Умный дом» в нашем понимании – это дом, в котором мы будем чувствовать себя уютно и безопасно. В котором одним только нажатием кнопки на пульте мы сможем зашторить все окна или выключить свет. В котором тем же самым пультом в одно мгновение мы сможем отрегулировать влажность и температуру воздуха или превратить комнату в домашний кинотеатр. В котором, проснувшись ночью, мы сможем пройти в кухню, не включая свет – он сам будет включаться, а может, световая дорожка на полу приведет нас туда, куда нам надо. Другими словами, «умный дом» – удобный дом.
1.1. Для чего дому «ум»?
Конечно, комфорт – важная вещь. Но мы все еще в силах, когда нам это нужно, подойти к выключателю, чтобы выключить его, сходить на кухню для того, чтобы удостовериться, что газ выключен, или дотянуться до двух пультов: от телевизора и от музыкального центра. Мы вполне можем обойтись без всей этой интеллектуальности квартиры. Можем. Но зачем? Ведь кроме комфорта «умный дом» таит в себе еще кое-что.
Концепция построения «умного дома» основывается на трех моментах:
□ экономия;
□ комфорт;
□ безопасность.
Есть еще такое понятие, как престиж, однако этот пункт не столь существенен, как первые три. Рассмотрим их по отдельности.
Экономия
Вам не кажется странным, что главным и первым пунктом концепции создания «умного дома», построение которого обходится в баснословно большие деньги, является экономия? Билл Гейтс потратил на создание своего известного дома больше 50 миллионов долларов, а в фирмах, предлагающих создать подобную систему в вашем доме, обещают это сделать всего за несколько тысяч долларов. Мило, не правда ли? Однако где же обещанная экономия?!
Экономия кроется не в установке системы «умного дома», а в дальнейшем использовании этой системы. В нашей стране экономия воды и электричества пока не является актуальной. Однако в зарубежных странах люди давно озабочены подобными вопросами. Здесь-то «умный дом» и проявляет все свои достоинства. По статистике зарубежных стран, интеллектуальные системы позволяют существенно сокращать расходы в «умном доме»:
□ оплату за тепловую энергию – на 50%;
□ оплату за воду – на 41%;
□ оплату за электроэнергию – на 30%;
□ эксплуатационные расходы – на 30%.
С учетом того, что жилищно-коммунальные хозяйства вовсю пересматривают стоимость электроэнергии, воды и тепла, возможно, и нам уже есть смысл задуматься об экономии на этих службах. И если на сегодняшний день выгода при экономии за счет установки интеллектуальных систем еще не слишком заметна, через некоторое время она станет очевидной.
Комфорт
Наверное, этот пункт можно было вообще не описывать. Удобство – это первое, что бросается в глаза, когда речь заходит об «умном доме». Вы можете больше времени посвятить развлечениям или своим делам, тогда как домашней рутиной займется техника. Да не просто займется, а «с умом»!
Безопасность
Наверняка хотя бы однажды вас беспокоила мысль, что, уйдя из дома, вы забыли выключить утюг, оставили суп на огне или не выключили кран. Вот тут-то и пригодится система «умного дома» – ведь вы сможете не только дистанционно отключить утюг, газ или воду, но и получить подтверждение о том, что все в порядке.
Перед отъездом в отпуск можно включить нужную программу, и по вечерам дом сам по себе будет «оживать», включая то свет в разных комнатах, то музыку, а то и вовсе лая, как собака. Таким способом дом отпугнет случайных воришек, которые могли бы обратить внимание на квартиру, где уже несколько дней не горит свет в окнах в сезон отпусков.
Как уже говорилось в начале главы, при нарушениях пожарной безопасности и поломках такой дом сможет устранить неполадки, сообщив обо всем хозяевам и в соответствующие службы. Кроме того, наверное, не стоит говорить о сэкономленных на неслучившемся пожаре или потенциально возможном «заливе» соседей средствах.
Мы можем делать свой дом экономным, комфортным и безопасным. Или не делать. В этом нет большой необходимости. Однако комфорт всегда притягивает, безопасность обнадеживает, а экономия дает возможность потратить средства на себя.
1.2. Единая система и состав «умного дома»
Для чего необходимо объединять все в единую систему? Ведь, по сути, можно оставить электричество, видео или сигнализацию работать отдельно, объединив лишь ту технику, которая относится к этим системам. Но, во-первых, гораздо удобнее иметь возможность управлять всей техникой с помощью одного компьютера, а во-вторых, за комплексной системой проще уследить. Да и движений, будем справедливы, меньше: нажал одну кнопку – и ни о чем не надо думать.
Говоря о типах систем «умного дома», выделяют централизованные и децентрализованные. Разница между ними в том, что все элементы централизованной системы связаны друг с другом, а децентрализованной – нет. Что лучше? Каждый тип хорош по-своему. Централизованная система стоит меньше, так как в нее включено сразу много элементов. Децентрализованная система более надежна: если один из элементов такой системы выходит из строя, остальные продолжают работать.
Что необходимо для создания «умного дома»? Для начала – разобраться, а что, собственно, у вас есть. Составить список существующей техники и понять, что вы хотите от нее получить.
Если у вас дома есть пара компьютеров, вам следует объединить их в локальную сеть. Еще лучше подключить их к глобальной сети. Но если их нет, вы можете вполне обойтись и одним компьютером, а в принципе все реально и без него. Однако мы будем рассматривать системы, использующие компьютеры.
Для объединения в локальную сеть можно использовать как провода, так и беспроводную связь. Вторая, конечно, предпочтительнее, так как позволит избежать путаницы со множеством проводов и, главное, протягивания их по всей квартире. Использующиеся для этого технологии мы рассмотрим далее.
При объединении различной техники, в том числе такой, как компьютер и бытовые приборы, аудио и видео, появляется необходимость в устройствах, которые смогут связать все это в одну систему. Ведь, чтобы управлять целой системой с одного пульта или сенсорного дисплея, нужно для начала, чтобы вся техника могла реагировать на действия именно этого передатчика сигналов управления. Для таких целей используются специальные контроллеры.
Существуют контроллеры, которые подключаются к персональному компьютеру через COM-порт или USB (рис. 1.1), а также включаются в обычную розетку, что дает возможность управлять техникой при помощи технологии X-10. Такие контроллеры обычно имеют какую-то минимальную память, в которой хранятся простейшие сценарии домашней автоматизации. Подобные контроллеры могут быть простыми, с минимальным количеством возможных сценариев, и более сложными, с энергонезависимой памятью, датчиками (что зачастую гораздо удобнее, чем покупка датчиков влажности, освещения, движения или температуры отдельно), разным количеством подключаемой техники и сенсорным дисплеем.
Рис. 1.1. Контроллер с таймером и внутренней памятью для работы без ПК
И те и другие находят своих покупателей: кому-то достаточно того, чтобы гардины по утрам закрывались, а кому-то нужно, чтобы и кофеварка включилась вовремя, и глазок зарегистрировал звонящего в дверь. Да и фирма-производитель тоже имеет значение: наиболее известные фирмы, разрабатывающие оборудование для «умного дома», – X10, INSYTE Electronics, York, Smarthome, Leviton, Speakercraft, NuVo, Middle Atlantic, Visonic, Applied Digital (Ocelot, Leopard) и др. Конечно же, и по стоимости эти устройства значительно различаются.
Кроме более сложных контроллеров, существуют так называемые интерфейсы, которые могут только получать сигналы от управляющих устройств или быть двусторонними или двунаправленными (такие интерфейсы умеют и посылать, и принимать сигналы X-10). Интерфейсы (рис. 1.2) необходимы для совмещения управляющих устройств X-10 с исполнительными. Они используются в двигателях жалюзи, механизмах дверей и ворот, всевозможных датчиках, охранно-пожарных сигнализациях, контроллерах полива газонов и в других подобных устройствах. Интерфейсы, как и контроллеры, могут подключаться к персональному компьютеру или работать автономно.
Рис. 1.2. Модуль двустороннего интерфейса
При подключении к компьютеру контроллеры и интерфейсы можно программировать. Для этого существует множество приложений – как платных, так и бесплатных.
Разнообразие датчиков на сегодня огромно: датчики движения, датчики дыма, датчики влажности, температуры, освещенности, датчики газа, протечки и т. д. Чаще всего для «умного дома» используются следующие:
□ датчики температуры (рис. 1.3) – для установления комфортного температурного режима в квартире;
Рис. 1.3. Датчик температуры
□ датчики освещенности (рис. 1.4) – для включения и выключения света в доме в зависимости от освещенности на улице;
Рис. 1.4. Датчик освещенности
□ датчики движения (рис. 1.5) – чтобы включать или выключать свет в прихожей, ванной, туалете, а также для распознавания движения у входной двери;
Рис. 1.5. Беспроводной внешний датчик движения
□ датчики влажности (рис. 1.6) – для настройки полива газонов в зависимости от погоды, для включения вентилятора в ванной комнате;
Рис. 1.6. USB-датчик температуры и влажности
□ датчики протечек и утечки газа (рис. 1.7) – для распознавания аварийной ситуации;
Рис. 1.7. Датчик утечки воды, посылающий беспроводной сигнал
□ датчики дыма (рис. 1.8) – для включения вентиляции в помещении или для начала противопожарных действий.
Рис. 1.8. Датчик дыма с передачей сигнала в случае аварийной ситуации
Чтобы объединить всю вашу технику в единую сеть, не нужно тянуть все провода в один узел, паять грандиозные устройства или закупать дорогостоящее оборудование. Многие производители сегодня предлагают универсальные пульты управления (рис. 1.9).
Рис. 1.9. Программируемый универсальный пульт управления, способный работать с 40 устройствами
Универсальные – потому что управлять они позволяют практически всей имеющейся в доме аппаратурой. И даже не только той, что есть, а и той, которую вы только планируете приобретать. А если такой универсальный пульт не знает, как себя вести со слишком уж устаревшим прибором или самодельной техникой, его всегда можно «натренировать» вести себя так, как нужно вам. В дальнейшем универсальный пульт сможет управлять и аудио-, и видеотехникой, и освещением, и жалюзи, и вообще всем, что включается в розетку и запрограммировано на прием сигнала от него.
1.3. Технологии
Стоимость практически всех технологий для построения «умного дома» достаточно велика. Но ведь и платим мы за комфорт и дальнейшее уменьшение стоимости бытовых нужд. Конечно, наиболее удобной была бы система, построенная на основе IP-протокола.
Ведь такие системы достаточно легко настраиваются при помощи обычного компьютера. Да и компьютерные сети развиваются быстро, так что запрограммировать действия дома удаленно было бы наиболее удачным решением. И все же пока такие системы требуют значительных средств. Исключением среди дорогостоящих систем является технология X-10, с которой мы и начнем.
X-10
Самая распространенная на сегодняшний день технология для построения «умного дома» – X-10. Она появилась еще в начале 80-х годов прошлого века и стала первой системой, сделавшей возможной наиболее простую автоматизацию дома. При нажатии одной кнопки происходит сразу несколько событий, а не одно, как мы привыкли. То есть одной кнопкой можно включить, например, микроволновую печь, чайник и свет в столовой. Также команды для действий системы могут подаваться датчиками движения, освещенности, влажности и т. д. Более того, все, что необходимо связать в систему под единым управлением, интегрируется в нее за считанные часы.
Подаваемые с пультов управления или контроллеров сигналы принимаются исполнительными модулями: выключателями, регуляторами, реле, приводами. Этими модулями оснащается каждый элемент, который включается в систему.
Работает эта система при помощи обычной электропроводки (220 В, 50 Гц), по которой передаются информационные сигналы. Именно поэтому X-10 настолько распространена – ведь не нужно строить ничего лишнего или прокладывать новые кабели, все и так присутствует в наших домах.
ИНТЕРЕСНО
Впервые формат стандарта X-10 был представлен в 1978 году. С тех пор эту технологию используют для систем управления зданиями многие компании (в том числе General Electric, RCA, IBM, Philips, Magnavox, Gemini, Leviton, Radio Shack, ATI, Black & Decker и др.), а количество устройств, проданных за это время, уже перевалило за сто миллионов.
Торговая марка X-10 принадлежит американской корпорации, основанной в Сиэтле. Название она унаследовала от протокола передачи данных.
Технология X-10 построена на принципе самообучения: при нажатии на кнопку дольше обычного система входит в режим обучения. Подобный выключатель изображен на рис. 1.10. Владелец зажигает свет или выключает необходимые приборы, а выключатель все это запоминает. Затем этот выключатель сможет проделать эту же последовательность действий уже сам, без помощи хозяина. Таким способом настраиваются различные программы, будь это «уборка», когда включается весь имеющийся свет в доме, или «кинотеатр», когда весь свет гасится, а экран готовится к просмотру фильма.
Рис. 1.10. Программируемый переключатель освещения X-10
X-10 не требует наличия центрального процессора: каждое устройство получает индивидуальный адрес, по которому его найдет отправленная с пульта команда. И все же центральный процессор не повредит. Если у вас есть компьютер, вы можете использовать его в качестве такого устройства. Для связи компьютера с модулями X-10 существуют специальные программы (рис. 1.11). Интересно, что все время включенным компьютер держать необязательно: модули и так запомнят и выполнят необходимые команды. Телефон также можно включить в систему. В таком случае отдавать команды и получать информацию можно будет, просто позвонив по телефону.
Рис. 1.11. Программа Indigo для управления модулями при помощи компьютеров
Наращивание и изменение модулей X-10 можно производить практически постоянно. Причем любой модуль начинает работать сразу после установки. А это значит, что вы можете заставить ваш дом «умнеть» постепенно: сначала установив пульт и один модуль, затем еще один, затем еще… Так, глядишь, со временем можно выстроить целую систему, управляющую домом.
Кроме прочих достоинств X-10 можно назвать ее низкую стоимость. На сегодняшний день системы, построенные на этой технологии, наиболее дешевы. Правда, профессионалы считают, что X-10 дискредитирует понятие «умный дом», так как электросеть не всегда достаточно надежна, а для действительно «умного дома» этот пункт очень важен.
Недостатков у технологии X-10 тоже достаточно. Во-первых, из-за передачи сигналов по электросети скорость их передачи достаточно низка. Во-вторых, организация более сложных систем затруднена из-за недостаточных возможностей обратной передачи информации от электроприборов. Следовательно, очень сложную систему лучше все-таки строить на основе других технологий. В-третьих, существует ограничение на количество управляемых групп – до 256. Еще один недостаток – при использовании трехфазных сетей в доме или квартире, то есть при использовании мощных проточных водонагревателей или подобной техники, возможны проблемы. Впрочем, этот недостаток легко исправляется при помощи установки повторителей сигнала и фильтров. Некоторые импульсные блоки питания, используемые в компьютерах, спутниковых ресиверах и т. п., а также люминесцентные лампы глушат сигнал X-10 – это также исправимо при помощи установки соответствующих фильтров. Последний и самый, пожалуй, забавный недостаток X-10 – это, как ни странно это звучит, соседи. Если ваш сосед установит у себя дома систему X-10, ваша техника случайно может начать получать сигналы из его сети, а следовательно, начнет делать то, что вы не заказывали (и наоборот: вы получите возможность управлять чужими устройствами). Однако и это «лечится» установкой специальных фильтров. Так что возможного риска несанкционированного доступа по электросети к устройствам X-10 можно не бояться, если организовать все правильно.
Впрочем, для наших целей технология X-10 подойдет в самый раз. Мы не собираемся полностью отдаваться на волю технологического разума, так что X-10 нас вполне удовлетворит.
Впрочем, коснемся и остальных технологий.
C-Bus
C-Bus является одной из распределенных систем управления «умного дома». Каждый программируемый контроллер этой системы может «обучаться». Сеть таких контроллеров может управлять домом, а контроллеры присутствуют во всех звеньях системы: выключателях, датчиках, диммерах и т. д. Каждое звено системы оснащено памятью, не повреждающейся при сбоях в подаче электроэнергии. Это делает систему, построенную на шине C-Bus, особенно надежной. Именно поэтому на основе C-Bus построены наиболее сложные и безопасные системы.
ИНТЕРЕСНО
C-Bus является основным брендом компании Clipsal. Эта система была установлена на главном стадионе Сиднея, построенном к Олимпиаде 2000, в Доме оперы Сиднея (Sydney Opera House), на манчестерском стадионе (Manchester Commonwealth) и McLaren Mercedes. Другие пользователи этой технологии – знаменитые музеи, стадионы и самые грандиозные сооружения в мире.
В качестве передаточного звена для управления в C-Bus используется неэкранированная витая пара информационного кабеля. Информация посылается от переключателей или панелей управления через шину C-Bus к соответствующим активным блокам-реле.
Еще одно отличие и достоинство C-Bus – то, что эта система позволяет управлять домом на расстоянии без наличия сервера. Контроллер с постоянным IP-адресом подключается к сети Интернет и к «умному дому», и все это связывается IP-интерфейсом. На этот интерфейс и посылаются команды с удаленного телефона или компьютера, при этом «слушаться» он будет только хозяина.
Система C-Bus позволяет объединять до 100 устройств в одной сети и 255 сетей в одной системе.
Технология C-Bus особенно распространена в Великобритании, Австралии и Азии. В последнее время у нас в стране эта технология также становится популярной.
EIB (European Installation Bus)
Технология EIB (European Installation Bus), как и C-Bus, также является децентрализованной. Соответственно своему названию, она наиболее часто используется в Европе. Для этой системы параллельно с силовой проводкой прокладывается витая пара, которая является управляющей шиной. К ней подключаются все устройства, и через нее поддерживается связь между устройствами, включенными в систему. Все устройства связываются друг с другом без какой-либо структуры или иерархии, а также без контролирующих приборов. Необходимая информация передается от передатчиков сериями сигналов, которые через шину подаются сразу на все приемники. И хотя переданную информацию получают все принимающие приборы, реагируют на нее только те, которым эта информация адресована.
Если приемник не реагирует, то есть не подтверждает получения данной информации, передача повторяется до трех раз. После этого попытки передачи прекращаются, а запоминающее устройство фиксирует информацию о неисправности в данном сегменте. В случае же, если сигнал проходит, приемник посылает подтверждение об этом на передатчик. Информация передается асинхронно и последовательно и имеет приоритеты сообщений. Таким образом, система хорошо защищена от ошибок, а технология EIB считается достаточно надежной.
Несмотря на то что технология EIB является распределенной, на ее основе можно собрать систему с централизованным управлением: управляющий процессор подключается к шине в любом месте. На сегодняшний день EIB-протокол может работать с радиоканалом, с инфракрасным каналом, с силовой проводкой (1200/2400 бит/с при 230 В, 50 Гц), а также осуществлять передачи по витой паре (со скоростью до 9600 байт/с).
Для системы, построенной на основе EIB с использованием витой пары, существуют ограничения. Например, длина линии не должна превышать 1 км, а расстояние между двумя компонентами должно быть не больше 0,7 км. Кроме того, расстояние между источником питания и любым устройством должно быть не более 0,35 км. В одну сеть может быть объединено не больше 64 компонентов, а 15 сетей могут быть объединены в одну зону. Обмен информацией по силовой проводке предполагает до 255 логических и до 32 767 физических адресов. Скорость передачи информации по силовой линии – до 1200 бит/с.
Технология EIB поддерживается такими производителями, как Siemens, Gira, ABB, Hager, Marten и т. д.
LonWorks
Системы, построенные по технологии LonWorks, по своей сетевой структуре похожи на EIB. Однако благодаря возможности программирования встроенного контроллера LonWorks позволяет реализовывать более сложные проекты. Информация в сети передается только тогда, когда происходят какие-либо изменения, например меняются внешние условия или на устройства поступает сигнал с пульта управления. Таким образом сеть избавлена от перегрузок.
Система управления LonWorks реализуется при помощи управляющей сети LON (Local Operating Network), имеющей минимальное количество уровней иерархии. Определенного центрального, ведущего устройства такая система не имеет (Master). Ядро сети LonWorks – микропроцессор Neuron, в который включены 3 восьмибитовых микропроцессора, 11 контактов ввода-вывода и встроенная память. LonWorks может объединять до 127 LON-узлов в каждой подсети и до 255 подсетей в домене.
Технология LonWorks была разработана американской компанией Echelon с целью автоматизировать промышленные и транспортные системы, а также общественные учреждения и здания. Сейчас эта технология используется в основном для построения распределенных систем с большим количеством узлов, отдаленных друг от друга. Наибольшее распространение технология получила в США.
AMX, Crestron
Централизованные системы управления «умным домом» AMX и Crestron, как правило, строятся на основе применения широкого спектра управляющих центральных контроллеров и множества исполнительно-командных блоков. Функции обработки информации сосредоточиваются в мощном центральном компьютере, который принимает сигналы от датчиков и переключателей, пересылая их к управляющим блокам. Контроллеры AMX и Crestron имеют большие возможности и достаточную гибкость. Такие системы позволяют построить системы автоматизации практически любой сложности, но это требует высокоуровневого программирования.
Стоимость таких систем отличается от рассмотренных ранее C-Bus и X-10 в большую сторону. Однако AMX и Crestron считаются достаточно надежными системами.
ИНТЕРЕСНО
Именно такими системами оборудован дом Билла Гейтса.
Тем не менее недостатки таких систем также заметны невооруженным глазом: так как вся техника завязана на единый процессор, выход его из строя влечет за собой блокировку всех устройств в доме. С учетом того, что такому процессору придется работать беспрерывно 24 часа в сутки, можно предположить, что такая неприятность все-таки может произойти.
BACnet
Система BACnet – Building Automation and Control Network – дословно переводится как сеть управления и контроля зданиями. Этот протокол был разработан американским обществом ASHRAE (общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха). Не нужно долго думать, чтобы сообразить, для чего предназначен этот протокол – для управления системами отопления, охлаждения и кондиционирования. Для управления освещением или другими бытовыми приборами этот протокол не применяется.
Программируемые контроллеры BACnet связывают структурированные кабельные системы и различные устройства с маркировкой BACTalk: отопительные, охладительные приборы и кондиционеры. Основное достоинство технологии BACnet – возможность замены устройств различных производителей. То есть любой элемент системы можно поменять, причем устройство не обязательно должно быть той же фирмы или с такой же функциональностью.
В нашей стране BACnet практически не используется.
1.4. Подготовка к созданию цифрового дома. Техническая база
Прежде чем начать собирать систему «умного дома», необходимо разобраться, а что, собственно, вы от нее хотите. Еще более важно понять, какая техника имеется у вас в наличии, а также как много денег вы готовы потратить на создание «умного дома».
Лучше всего для начала набросать схему того, что вы хотите получить. Например, если на кухне вы хотите поставить телевизор, который будет соединен с компьютером и телевизором в спальне, необходимо продумать, каким образом вся эта техника может соединяться в единую систему. Нужен ли вам цифровой медиаадаптер или медиаплеер? Будет ли все это соединено при помощи проводов или посредством Wi-Fi? Какие еще понадобятся устройства, чтобы максимально упростить вам жизнь?.. Подобные вопросы мы рассмотрим в следующих главах. Пока же рассмотрим общие вопросы подготовки к созданию «умного дома».
IP
Протокол, с помощью которого мы можем бродить по сети Интернет, называется IP – Internet Protocol. Тем не менее для «умного дома» вовсе не обязательно быть подключенным к глобальной сети. Хотя с IP-адресами лучше все-таки разобраться – вот они как раз могут понадобиться нам для создания локальной сети.
Что же такое IP-адрес? Поскольку к глобальной сети Интернет подключено огромное множество компьютеров, количество которых растет с каждым днем, все они должны каким-то образом отличаться друг от друга, чтобы техника могла распознавать, к какому серверу в данный момент она пытается обратиться. Для этого-то и был придуман IP-адрес, то есть номер, состоящий из четырех наборов цифр, разделенных точками. Это выглядит, например, так: 192.168.1.15. Вероятно, именно такие адреса вы будете использовать для объединения техники в локальную сеть.
Каждый IP-адрес в Интернете должен быть уникальным. Иначе компьютеры начали бы конфликтовать друг с другом. Формат IP-адреса таков: четыре секции по 8 битов каждая (итого длина адреса 32 бита), разделенные точками.
В отдельной локальной сети IP-адреса также не должны повторяться (например, ваш компьютер будет иметь адрес 192.168.0.2, принтер – 192.168.0.3, а сервер – 192.168.0.1; при этом роутер, который имеет выход в глобальную сеть, будет иметь два IP-адреса: 194.44.186.2 для связи с Интернетом и 192.168.0.3 для локальной сети). Однако IP-адреса в любой локальной сети могут повторяться. При этом ни одна локальная сеть не может знать о существовании другой. Между собой локальные сети могут объединяться лишь посредством внешних маршрутизаторов, имеющих индивидуальные IP-адреса.
Локальные IP-адреса вы можете выбирать сами – никаких правил относительно них нет. Важно только, чтобы они не повторялись в одной сети, иначе конфликтующие устройства не будут давать возможность подключать к сети остальные. Каждому устройству, которое вы собираетесь включить в систему «умного дома», необходимо будет выдать уникальный IP-адрес. То есть каждая сеть должна иметь ее собственный уникальный адрес, и все устройства в ее пределах должны иметь их собственные уникальные IP-адреса. Эту систему можно сравнить с городами: например, в нескольких городах найдется улица Мира, на каждой из них есть дом с номером 9 и квартирами от 1 до 20. Каждая улица Мира будет отличаться лишь названием города, в котором она находится, и индексом.
Wi-Fi
Одной из технологий, которая может пригодиться в «умном доме», особенно если вы намереваетесь связывать в сеть компьютеры, выходить в Интернет или использовать КПК для управления своим домом и при этом хотели бы обойтись без прокладки многочисленных проводов, является Wi-Fi. Эта технология предназначена для беспроводного доступа на небольших расстояниях, но на достаточно большой скорости. Другими словами, вы сможете бродить по глобальной сети Интернет со своего ноутбука или КПК, не подключая их при этом проводами к модему, или подавать какому-либо устройству с Wi-Fi-картой команды со своего КПК, что, согласитесь, очень удобно.
Как правило, сеть Wi-Fi состоит как минимум из одной точки доступа (Access point) и одного клиента: ноутбука, компьютера, КПК или любого другого устройства, имеющего карту Wi-Fi. Но это минимум. На самом деле вы можете расставить компьютеры или ноутбуки с картами Wi-Fi хоть в каждой комнате, а также пользоваться КПК, мобильным телефоном или любой другой техникой, умеющей работать с Wi-Fi, и все они будут связаны через точку доступа и иметь возможность выходить в Интернет. Кстати, многие устройства позволяют дополнительно использовать Wi-Fi-карту, которую можно приобрести позже самого устройства, что, как правило, указывается в технических характеристиках. Вокруг точки доступа образуется территория, как правило, радиусом не больше 100 м, которую называют зоной Wi-Fi (или хот-спотом). Находящаяся в этой зоне техника, снабженная соответствующими картами и настройками, сможет связываться между собой при помощи точки доступа.
Возможно также подключение между двумя клиентами, то есть двумя компьютерами, компьютером и КПК и т. д. Такой режим называется «точка-точка». Клиенты в таком режиме подключаются напрямую, посредством сетевых адаптеров.
Дальнейшая работа с подключенными к Wi-Fi компьютерами ничем не отличается от их работы в локальной сети. Конечно же, за исключением наличия самих проводов. При желании иметь во всей квартире беспроводной Интернет, точка доступа подключается к модему и, получая данные от него, передает дальше к запрашивающим их устройствам – ноутбуку, компьютеру, КПК.
Буквальный перевод Wi-Fi, то есть Wireless Fidelity, – «беспроводная точность». У нас в стране наиболее распространены три модификации стандарта Wi-Fi: IEEE 802.11a, b и g. Различаются эти модификации максимально возможной скоростью передачи данных и расстоянием между устройствами, на котором будет возможно соединение. Наиболее популярный IEEE 802.11b работает в диапазоне частот от 2,4 ГГц до 2,48 ГГц, максимальная скорость передачи информации – 11 Мбит/с, дальность передачи сигнала – 100 м. IEEE 802.11a работает на частоте 5 ГГц, а IEEE 802.11g – 2,4 ГГц, максимальная скорость передачи данных – 54 Мбит/с. Разрабатываемый стандарт IEEE 802.11n сможет обеспечить доступ на скорости до 320 Мбит/с.
Работает Wi-Fi таким образом. Точка доступа передает свой идентификатор (SSID – Service Set Identifier) каждые 100 мс. Если клиенту известны параметры сети, то есть идентификатор точки доступа, он может подключиться к ней. Однако нужно учитывать, что Wi-Fi имеет ограниченный радиус действия. Например, обычный маршрутизатор стандарта 802.11b или 802.11g, используемый в домашних сетях, имеет радиус действия до 100 м, а если учитывать преграды, то всего 50 м.
Диапазон действия Wi-Fi зависит от частоты: устройства, работающие на частоте Wi-Fi 900 МГц, имеют больший радиус действия, чем устройства с диапазоном 5 ГГц.
Недостатком технологии Wi-Fi можно назвать достаточно высокое потребление энергии. В случае с нашим стремлением сделать свой дом экономичным это нужно учитывать. Но все же потребление Wi-Fi не столь велико, чтобы стоило отказываться от комфорта.
Еще один минус Wi-Fi – возможность легкого взлома (что все-таки можно исправить установкой системы шифрования) и возможность наложения сигналов точек доступа, работающих на одном или соседних каналах. Если одна из этих точек доступа будет использовать систему шифрования или работать в закрытом режиме, а другая будет работать в открытом режиме, доступ ко второй точке может быть затруднен. То есть если вы и ваш сосед установите точки доступа Wi-Fi, могут возникнуть проблемы. Для разрешения проблем подобного рода Wi-Fi стоит настраивать на работу в защищенном режиме, однако это может занять несколько больше времени, чем настройка открытого доступа.
Несмотря на все это, Wi-Fi для «умного дома» – находка. Вам не нужно прокладывать лишние провода, что может, кстати, уменьшить стоимость развертывания сети. Поскольку распространение Wi-Fi очень широко, многие устройства различных производителей умеют взаимодействовать друг с другом, что в случае «умного дома», опять же, просто необходимо.
Bluetooth
Родоначальником Bluetooth была компания Ericsson – именно эта компания разработала спецификацию беспроводных персональных сетей в 1998 году. Зарегистрировала и оформила стандарт Bluetooth специальная группа Bluetooth Special Interest Group (SIG), в которую вошли Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia (позже в группу вошли и другие компании). Сначала предполагалось, что технология будет использоваться только для радиосвязи. Однако со временем появились планы по созданию беспроводных локальных сетей, и Bluetooth стали использовать для объединения техники в сети.
Как и Wi-Fi, технология Bluetooth является беспроводной и обеспечивает обмен информацией между устройствами на доступной радиочастоте для ближней связи. Например, между КПК и мобильным телефоном, компьютером и ноутбуком, принтером и цифровой фотокамерой и т. д. Bluetooth-устройства совместимы и работают на частоте 2,45 ГГц. Радиус действия Bluetooth, как правило, от 10 до 100 метров, и зависит он от наличия преград и помех. Сейчас ведутся разработки нового класса стандарта Bluetooth, который сможет передавать данные на расстояния до 40 км.
Для работы со стандартом Bluetooth нет необходимости в том, чтобы технические устройства находились в непосредственной видимости, будучи «нацеленными» друг на друга. Bluetooth использует радиоволны, которые легко проникают через стены и мебель. Каждое Bluetooth-устройство имеет свой уникальный 48-битовый адрес.
Bluetooth является достаточно экономичной и дешевой технологией. Кроме того, устройства с Bluetooth могут быть довольно компактными, поэтому технология используется и в маленьких устройствах. К примеру, благодаря возможности Bluetooth одновременно передавать голосовые данные и обрабатывать информацию технология используется для создания беспроводных гарнитур для мобильных телефонов.
Стандарт Bluetooth допускает передачу как открытой информации, доступной всем устройствам, так и данных в защищенном режиме: либо по паролю, то есть только к зарегистрированным устройствам, либо при помощи защиты данных 128-битовым ключом при передаче в одну или обе стороны.
ИНТЕРЕСНО
Есть версия, что Bluetooth получил столь странное название (blue tooth – «синий зуб», англ.) благодаря датскому королю. Дело в том, что датский король Гарольд Блатанд был знаменит тем, что сумел объединить территорию, на которой сейчас находятся Дания, Норвегия и Швеция. С датского языка Блатанд переводится как «Синий зуб». Видимо, именно поэтому технология, объединяющая устройства при помощи беспроводной связи, стала носить имя короля, который жил в X веке.
Bluetooth работает в диапазоне частот, которые не подлежат лицензированию (кроме Японии, Франции и Испании). Как и Wi-Fi, радиосвязь Bluetooth занимает частоты от 2,4 до 2,48 ГГц.
При взаимодействии нескольких Bluetooth-устройств одно из них становится главным, оно и управляет синхронизацией. Остальные элементы, которых может быть не больше 8, становятся подчиненными (то есть в одной сети должно быть не больше 8 устройств). Если количество элементов оказывается больше, чем 8, образуется еще одна сеть – с еще одним общим устройством. Происходит это автоматически. Однако таких сетей не может быть больше 10.
Радиочастота от источника Bluetooth скачкообразно меняется 1600 раз в секунду. Последовательность переключения между частотами известна только источнику и приемнику, поэтому даже при наличии нескольких пар Bluetooth-устройств в одном помещении они друг другу не мешают. Каждые 625 микросекунд приемник и источник синхронно перестраиваются с одной частоты на другую по заданной последовательности. Такой алгоритм переключения частот и передачи данных называется FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum – широкополосный сигнал по методу частотных скачков). Метод прост в реализации, и, что важно, оборудование для него сравнительно дешево. Кроме того, такой метод обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам. Кстати, алгоритм FHSS одновременно и защищает передаваемую информацию, так как переключение частот определяется для каждого соединения отдельно.
Если передаются цифровые данные, в случае потери какой-либо части информации сигнал передается еще раз – автоматически. В случае же передачи аудиоданных сигнал теряется безвозвратно, то есть не повторяется.
Благодаря поддержке EDR (Enhanced Data Rate – дословно «усовершенствованная передача данных», англ.) современные версии Bluetooth 2.0 и 2.1 позволяют развивать скорость передачи информации до 2,1 Мбит/с и 480 Мбит/с соответственно и совместимы с предыдущими версиями. В Bluetooth 2.1 введена поддержка энергосбережения, позволяющая устройствам работать гораздо дольше, улучшена защищенность, а также есть возможность присоединить к источнику два устройства одновременно.
Таким образом, технология Bluetooth как нельзя лучше подходит для использования ее в «умном доме».
Инфракрасное излучение
Многие устройства «умного дома» имеют фотоэлементы инфракрасного излучения, а пульты дистанционного управления – диоды. Каким же образом происходит их «общение», если между ними нет проводов?
Электромагнитное излучение, которое занимает спектральную область от видимого света (длина волны – 0,74 мкм) до микроволнового излучения (длина волны – 2 мм), называется инфракрасным. То есть на самом деле любое тело, нагретое до определенной температуры, излучает энергию в инфракрасном спектре (длина волны, излучаемой телом, зависит от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения). Поэтому инфракрасное излучение иногда называют тепловым. Кстати, наиболее известным природным источником инфракрасных лучей является Солнце.
Излучающая и поглощающая способность тел во многом зависит от их природы, плотности, поверхности и т. д.
Диапазон инфракрасного излучения делится на три составляющие:
□ коротковолновая область: длина волны – от 0,74 до 2,5 мкм;
□ средневолновая область: длина волны – от 2,5 до 50 мкм;
□ длинноволновая область: длина волны – от 50 мкм до 2 мм.
Длинноволновая часть спектра примыкает к области микроволнового диапазона, а коротковолновая – к области видимого света. Из-за этого свойства радиоволн и видимого света присущи и инфракрасному излучению, то есть инфракрасные лучи могут проходить сквозь некоторые непрозрачные для видимого излучения материалы, а также отражаться, преломляться и передаваться прямолинейно.
ИНТЕРЕСНО
Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским физиком Уильямом Гершеле. Сегодня инфракрасные диоды и фотоэлементы применяются повсеместно как в пультах дистанционного управления, так и в системах автоматики, охранных системах и т. п.
Как и радиоволны, инфракрасные сигналы не требуют проводов для передачи информации от одного устройства к другому. Однако, в отличие от радиосигнала, инфракрасные волны нечувствительны к электромагнитным помехам, что, конечно, является большим достоинством этой технологии. С другой стороны, высокая стоимость техники с устройствами преобразования электрического сигнала в инфракрасный и наоборот, а также низкая скорость передачи сигнала (меньше 5 Мбит/с) являются недостатком. Тот факт, что сигнал передается, как правило, всем устройствам, имеющим приемный фотоэлемент в пределах прямой видимости, может быть и достоинством, и недостатком. Передача сигнала каждому прибору может быть полезной, если нужно их синхронное включение, например. Но таким образом не обеспечивается секретность передаваемых данных.
Инфракрасный сигнал может передаваться на расстояние до нескольких километров, правда, только в условиях прямой видимости. Но чаще всего такие расстояния не используют – технологии инфракрасного излучения используются, как правило, для связи компьютеров, ноутбуков, мобильной и бытовой техники, которая находится в одном помещении. В таких условиях отражения сигнала от стен, пола и потолка придают надежность и устойчивость связи.
Следует заметить, что инфракрасные лучи совершенно безопасны для человеческого организма, что, несомненно, способствует их массовому применению в быту.
1.5. Системы безопасности
Жизненный опыт показывает, что профилактика обычно лучше борьбы с последствиями. Поэтому лучше подстраховаться, а не доводить до беды. Речь, конечно же, идет о безопасности нашего «умного дома»: это и информационная безопасность, и защита от утечек воды и газа, и система пожарной сигнализации. Установив подобную систему дома, можно спокойно отдыхать или работать где-то далеко, зная, что ваш дом защищен. А если все-таки что-то произойдет, датчики и системы автоматического контроля тут же оповестят вас через Интернет или при помощи мобильного телефона. Более того, с помощью этих же средств удаленно вы сможете управлять системами «умного дома» и контролировать их.
Датчики утечки воды
Чтобы обезопасить свой дом от утечек воды, в местах, где возможны такие происшествия: на полу под раковиной, под ванной, возле стиральной машины и т. д., – можно устанавливать специальные датчики. Такие устройства, называемые датчиками утечки воды (рис. 1.12), могут «обнаруживать» появление воды из систем водоснабжения или отопления – в тех местах, где ее быть не должно. Более того, такие датчики утечки воды могут подать сигнал хозяевам о том, что произошла авария, с помощью SMS-сообщения или через Интернет, да еще и перекрыть воду, чтобы она не распространялась дальше. Кроме того, такие системы могут быть снабжены звуковой и световой сигнализаций на случай аварийной обстановки.
Рис. 1.12. Датчик утечки воды
Датчики утечки воды следует использовать вместе с контроллерами и клапанами: первый – для управления системой, второй – для того, чтобы воду можно было перекрыть (для этого они врезаются в трубу с водой – рис. 1.13). Контроллеры обрабатывают сигналы от датчиков и выдают управляющие сигналы, которые подаются на клапаны, перекрывающие воду. Эти же контроллеры могут обеспечивать питание всех элементов системы, управлять сигнализацией и отправлять оповестительные сигналы (либо в таком контроллере может иметься реле, которое дает возможность подключения сигнализации или передачи сигнала на другие системы безопасности). Установка самих контроллеров, в отличие от датчиков утечки, которые должны находиться в непосредственной близости к потенциальному источнику воды, должна производиться в местах, где их контакта с водой не будет.
Рис. 1.13. Клапан для перекрытия воды
Клапаны для перекрытия воды в случае аварии получают сигнал от контроллера и перекрывают воду, удерживая ее до того момента, когда поломка не будет устранена.
Датчики утечки воды могут подключаться к безопасным источникам питания, предотвращая опасность при прикосновении к контактам, реагирующим на воду. Существуют также датчики, работающие не от электросети, а от аккумуляторов.
Последовательность установки системы:
1. Составление схемы размещения датчиков утечки воды, контроллера, клапанов.
2. Разметка мест установки устройств.
3. Прокладка проводов для питания устройств.
4. Врезка клапанов в трубы.
5. Установка датчиков.
6. Установка контроллера.
7. Подключение и установка параметров системы.
Некоторые системы датчиков утечки используют не блокировку воды клапанами, а отключение работы насоса, если в доме используется он.
Для уверенности в работоспособности системы датчиков утечки воды следует раз в несколько месяцев проводить проверку.
Система контроля утечки газа
Что может быть ужаснее, чем авария газопровода? Как минимум, это может привести к взрыву и пожару, кроме того, это опасно для жизни. Чтобы дом был защищен от таких неприятностей, можно установить систему контроля утечки газа. Конечно, если в вашем доме все плиты электрические, эту часть можно опустить. Но если газовые трубы на вашей кухне имеются, лучше обезопасить себя от таких бед.
Рис. 1.14. Датчик утечки газа
Как и датчики утечки воды, датчики утечки газа (рис. 1.14) при возникновении аварийной ситуации могут отключать подачу газа, перекрывая трубу, включать вентиляцию, выключать электроэнергию, оставляя работать лишь аварийное освещение, а также сообщать хозяевам о возникшей неисправности посредством SMS-сообщений или посредством сети Интернет. Точнее, всем этим занимаются соответствующие контроллеры, управляющие клапанами и получающие информацию от датчиков, как и в системе контроля воды.
Газовые датчики устанавливаются в местах возможной утечки (рис. 1.15) – как правило, такое место оказывается на кухне у газовой плиты. Работает система следующим образом. Если датчик газа обнаруживает утечку, сигнал об этом подается с него на контроллер. Контроллер или система управления формирует команду, которая передается клапанам перекрытия газа, а также на систему оповещения. Пока система оповещения отправляет владельцам дома сообщения о случившемся, клапаны перекрывают газовые трубы. Более сложные системы контроля утечки газа позволяют не только включать при этом вентиляцию, но и отключать основной источник электроэнергии. Включение газа будет возможно лишь после устранения неполадок.
Рис. 1.15. Система контроля утечки газа
Учитывая, что работа с газом может быть весьма небезопасной, лучше при установке подобных систем пользоваться услугами профессионалов. Однако если вы все-таки решили производить установку своими силами, перед началом работ удостоверьтесь, что все газовые краны перекрыты и что поблизости нет источников открытого огня. Во время установки необходимо плотно, но без применения излишних усилий соединять все составляющие. После установки системы нужно обязательно провести тестовую проверку. И если в результате проверки утечка будет обнаружена, ни в коем случае нельзя включать газ.
Система пожарной сигнализации
Датчики пожарной безопасности и датчики дыма (рис. 1.16) реагируют на повышение температуры, а также на скорость ее изменения или заданный порог температуры, на дым, выделяющийся в процессе горения или тления, на открытый огонь и т. п. Системы пожарной сигнализации могут быть построены на датчиках, позволяющих определять точное место срабатывания, на датчиках, измеряющих текущее значение каких-то параметров окружающей среды (например, задымленность), и на специальных шлейфах с датчиками, которые определяют общее состояние: есть огонь и дым или их нет.
Рис. 1.16. Датчик огня и дыма
Системы пожарной безопасности состоят из датчиков и контроллеров, которые получают и обрабатывают информацию с датчиков, а затем выдают управляющие сигналы другим системам, управляющим вентиляцией (вентиляция отключается, чтобы поток воздуха не способствовал возгоранию), электричеством и газом (они тоже отключаются), включением сирены для предупреждения соседей, а также отправлением сообщений и т. д.
Как правило, при обнаружении пожароопасной ситуации такие системы действуют в последовательности:
1. Включается система пожаротушения.
2. Включается система оповещения о пожаре: сообщения отсылаются хозяевам квартиры или дома и в службу пожарной безопасности.
3. Выключается электроэнергия.
4. Перекрывается подача газа.
5. Отключается вентиляция.
6. Включается система удаления дыма.
7. Включается сирена и прочие системы внешнего оповещения.
Установка датчиков пожарной безопасности производится по всем помещениям в доме или квартире, а не только там, где может использоваться открытый огонь (по аналогии с датчиками утечки газа и воды). Таким образом достигается наиболее полная защита дома от пожаров. Устанавливать такие системы рекомендуется с помощью специалистов.
Системы охранной сигнализации
Поскольку в следующих главах мы еще будем рассматривать системы видеонаблюдения, а также расскажем, как программными средствами можно оповестить хозяев о подозрительных происшествиях, сейчас мы этого касаться не будем. Однако совсем оставить без внимания систему охраны дома было бы неправильно.
Охранные сигнализации устанавливаются в тех местах жилища, откуда в него могут проникнуть чужие люди: окна, двери, заборы. В каждой комнате или на каждом объекте монтируются различные датчики, начиная от инфракрасных датчиков движения, датчиков разбития стекла (они, как правило, реагируют на звук бьющегося стекла – рис. 1.17) и заканчивая герконами (реагирующими на размыкание двух частей) и лучевыми датчиками. После включения сигнализации любое срабатывание одного из таких датчиков (при открытии двери или разбитии стекла, например) вызывает целую серию действий: сигнал с датчика передается на контроллер, включается звуковая (а бывает, что и световая) сигнализация, а также отсылаются предупредительные сообщения хозяевам дома и в службы охранной безопасности, если таковые имеются.
Рис. 1.17. Датчик разбития стекла
Кстати, куда же отправляется оповестительный сигнал системы охраны, если ваш дом не охраняется специальным нарядом? Такую систему можно настроить таким образом, чтобы сигналы приходили на пульт вневедомственной охраны (однако это требует отдельной организации) или же на домашний компьютер или специальное устройство, которое тут же дозвонится хозяевам дома по запрограммированным заранее телефонным номерам или отправит им SMS-сообщение об этом. Также возможен вариант с отправкой сообщений посредством Интернета.
Кроме локальной установки квартиры на сигнализацию, существуют возможности делать это удаленно – например, при помощи мобильного телефона, КПК или через Интернет.
Общая система безопасности
Подобные системы могут объединяться в комплект (рис. 1.18). В таком случае можно даже выиграть в финансовом плане, так как стоимость цельных систем безопасности оказывается меньшей, чем при покупке отдельных устройств. Кроме того, к таким системам прилагается программное обеспечение, так что не нужно будет искать что-то, подходящее именно к вашему оборудованию.
Рис. 1.18. Система безопасности всего дома
В общие системы безопасности включаются, кроме перечисленных систем газового, водного и пожарного контроля, датчики движения, системы контроля освещения, системы дозвона и оповещения через Интернет или SMS-сообщения, а также системы сигнализации и видеонаблюдения. Однако каждая из таких систем комплектуется по-разному, поэтому выбирать их следует исходя из собственных нужд.