script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Умный дом постоянный ток

Умный дом: стартовый набор для начинающих

Аватар пользователя

Содержание

Содержание

В экосистеме умного дома существуют десятки датчиков и актуаторов, отвечающих за безопасность, автоматизацию бытовой техники, освещения и поддержания климата. У нового пользователя возникает соблазн увешать квартиру датчиками, как новогоднюю елку игрушками. Цель статьи — выделить «основной состав» и рассмотреть аспекты его применения.

Какие бывают датчики

Датчики предназначены для преобразования физической величины в электрический сигнал. В результате мы можем измерить эту величину количественно (температура, влажность) или зафиксировать ее изменение (распознать движение). Ниже перечислены датчики, доступные в свободной продаже у большинства крупных игроков рынка:

  • движения/присутствия;
  • открытия окон/дверей;
  • освещенности;
  • параметров окружающей среды;
  • протечки;
  • задымления;
  • разбития стекла;
  • утечки газа;
  • мониторинга качества воздуха;
  • видеокамеры.

Какие бывают актуаторы

Под актуаторами понимают исполнительные устройства, генерирующие сигналы для воздействия на другие элементы умного дома. Это прямое воздействие либо сигналом (кнопка), либо посредством привода (электронный клапан). Исполнительным устройством может быть также и бытовой прибор, управляемый со смартфона, например, умный кондиционер. При этом можно управлять и обычным кондиционером, но уже с помощью умного пульта, который станет посредником между прибором и смартфоном. Задача в данном случае одна, а варианты решения разные. Отдельный класс устройств составляют интеллектуальные световые приборы. Про умный свет подробно рассказано в недавней статье.

Перечень умных исполнительных устройств:

  • многофункциональная кнопка;
  • выключатель;
  • реле;
  • розетка;
  • световые приборы (лампа, цоколь, светильник, светодиодная лента);
  • бытовая техника (холодильник, кондиционер, кофеварка и т. д.);
  • инфракрасный пульт;
  • электронный клапан;
  • привод для штор.

Рассмотрим подробнее, какие устройства являются самыми необходимыми для построения базовой системы домашней автоматизации. Есть несколько вариантов готовых стартовых наборов от производителя.

Каждый из них не полностью закрывает минимальные потребности, будучи более ориентированным либо на безопасность, либо на удобство. Соберем комплект, удовлетворяющий обеим задачам.

Датчики движения

Старожилы умного дома, известные еще со времен первых пультовых охранных систем. Чаще всего встречаются пассивные инфракрасные датчики (PIR-сенсоры). Они содержат чувствительный пироэлектрический элемент, регистрирующий изменение инфракрасного излучения при движении объекта в зоне контроля. Радиус такой зоны составляет 4-8 метров, что позволяет охватить комнату одним датчиком. Стандартное расположение — верхний угол стены, противоположной входу в помещение.

Датчики движения настолько распространены, что являются, в том числе, частью других устройств, например, лампочек. Наиболее активно такие датчики используются именно в сценариях освещения: автоматическое включение и отключение света, исходя из активности в помещении. В плане интеграции с остальной системой умного дома нет проблем, поскольку представлено множество девайсов с различными интерфейсами. Эти датчики, имеющие большое количество сценариев применения, железно входят в основу умного дома.

Датчики открытия окон/дверей

Датчики открытия дверей и окон состоят из двух частей — геркона и магнита. Они устанавливаются на дверной коробке/оконной раме и створке, а при их разъединении происходит срабатывание датчика.

Простая и долговечная конструкция давно зарекомендовала данные сенсоры как неотъемлемую часть охранных систем. Также они широко используются в сценариях умного света. Умный дом сложно представить без этих устройств.

Датчики протечки воды

В большинстве своем работают за счет разницы электропроводности воздуха и воды. Когда вода попадает на один из контактов, расположенных на дне устройства, возникает сигнал. Датчики устанавливаются в непосредственной близости от вероятных источников протечки: под шлангом стиральной машины, рядом со стояками, раковиной, радиатором отопления. Также в случае, если есть небольшой уклон, удачной для монтажа будет самая низкая по уровню точка.

Чтобы система не только сигнализировала о происшествии, но и предотвращала его последствия, применяют устройства, перекрывающие подачу воды. Обычно это специальный электронный клапан, но есть и оригинальные воплощения китайской инженерной мысли в виде электропривода для рукоятки шарового крана.

С точки зрения интеграции в умный дом данная система не всегда удобна, поскольку идет как самостоятельный комплект. Проприетарный контроллер не подружится с общим шлюзом и останутся только варианты с работой через умную розетку или поддержкой голосового помощника. Поэтому в основной состав проходят только датчики, а актуаторы — в запасной.

Датчики задымления

По принципу действия аналогичны стандартным пожарным извещателям, которые в обязательном порядке устанавливаются в новых домах. При попадании частиц дыма в поле фотоприемника датчика, изменяется интенсивность излучения и происходит срабатывание. При этом активируется сирена, а если извещатель адресный, то он передает сигнал на пульт пожарной охраны. При наличии такого оборудования смысла в дополнительном датчике дыма нет. В обратном случае датчик обязателен.

Датчики утечки газа

Реагируют на повышение концентрации бытового газа в воздухе. Имеет смысл использовать при наличии газовой плиты и (или) колонки. Устанавливать такие датчики необходимо поблизости от газовых приборов.

Датчики температуры и влажности

Контроль параметров окружающей среды — еще одна важная функция умного дома. Хороший климат в доме полезен для здоровья семьи, питомцев и комнатных растений. Измерения температуры и влажности все чаще доступны в рамках одного устройства. Без этих датчиков невозможно представить умный дом. К ним добавляют атмосферное давление, но на этот показатель повлиять нельзя, поэтому он носит справочный характер. А двумя основными параметрами управлять можно и нужно.

Для этого мы пользуемся кондиционерами и увлажнителями воздуха. Это уже более дорогие аппараты по сравнению с датчиками, их можно рассмотреть для приобретения в долгосрочной перспективе. Они также бывают умными и помогают полностью автоматизировать процесс регулировки погоды в доме. В случае выхода температуры или влажности за пределы заданных порогов, включится соответствующий прибор. Он будет работать до достижения необходимых показателей.

Кстати, не забудьте про уход за климатической техникой. Про кондиционеры мы писали тут.

Определяемся с актуаторами

В качестве базовых исполнительных устройств предлагаем рассмотреть умные розетки, выключатели, кнопки и лампы.

Некоторые умные розетки позволяют не только управлять состоянием светильников и бытовых приборов, но и вести учет потребляемой мощности. Выключатели и кнопки также пригодятся для реализации сценариев освещения и включения/выключения техники.

Еще одна удобная вещь — умный инфракрасный пульт. Им можно заменить все остальные пульты для телевизора, кондиционера и т. п. Представьте, что вам теперь вообще не придется их искать!

Во всех наборах умного дома присутствует обязательный элемент — блок управления, он же шлюз или центр управления. Это «мозг» системы, который отвечает за управление всеми устройствами умного дома и выполнение сценариев автоматизации. Он принимает данные от датчиков и передает их на сервер производителя для обработки. Благодаря этому вы можете отслеживать эти данные в удобном формате — в приложении на мобильном устройстве, откуда можно в пару кликов передать команды для исполнительных устройств.

Шлюзы поддерживают различные протоколы беспроводной передачи данных, необходимых для обмена данными со всеми компонентами системы: Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave, RF. Если устройств много, их объединяют в группы, для чего используются хабы.

Особняком стоят несколько облачных систем умного дома, не требующие управляющего блока. Это платформы Apple HomeKit, Google Home и Умный дом Яндекса. В таком случае команда из приложения улетает прямиком в облако, где обрабатывается при помощи библиотеки функций от производителя конкретного устройства. На примере Яндекса схематически это выглядит так:

Приложения для смартфонов

Каждый производитель имеет собственное приложение для управления умным домом. Все они умеют отображать список устройств, показания датчиков и передавать команды. Пример настройки Mi Home здесь, а Rubetek — здесь. С точки зрения поддержки сторонних вендоров хорошо себя зарекомендовал Mi Home.

Основная функция приложений — создать сценарии автоматизации для достижения заданных условий. Именно в них состоит главная «фишка» умного дома — автоматическое выполнение действий без участия человека. Есть и другая «фишка», о которой речь пойдет далее.

Будьте услышанным

Голосовое управление тесно интегрируется в умный дом. Все три рассмотренных выше разработчика облачных платформ развивают собственных голосовых помощников: Siri, Alexa и Алиса. На русском языке полноценно понимает только Алиса. Управление голосом выводит систему умного дома на совершенно иной уровень, но ему свойственны и некоторые недостатки.

По сравнению с приложениями производителей умных устройств голосовые помощники обладают более скромными возможностями по поддержке устройств и их функций. Список устройств, которые можно подружить с Mi Home, гораздо шире. Кроме того, Алиса пока не воспринимает все команды для устройств, доступных в приложении. Тем не менее, перечень будет расширяться, а удобство управления голосом нивелирует эти несовершенства.

Для того, чтобы Алиса увидела ваши девайсы, достаточно установить на смартфоне приложение Яндекс и перейти в меню «Устройства — Умный дом».

Далее необходимо выбрать производителя и на соответствующей вкладке объединить аккаунты, например, с Mi Home. После этого устройства будут отображены с доступными голосовыми командами.

Можно управлять отдельными устройствами и объединять их в группы. Для более комфортного общения с Алисой используйте умную колонку.

На видео демонстрируются несколько сценариев умного дома Xiaomi + Алиса.

Команда умного дома

Подведем итог в подборке минимального комплекта умных устройств:

  • датчик движения;
  • датчик открытия двери;
  • датчик протечки воды;
  • розетка;
  • выключатель;
  • кнопка;
  • IR-пульт;
  • лампа;
  • шлюз;
  • колонка с Алисой.

Если пока нет четкого понимания, какие сценарии будут использоваться, то можно взять все устройства в одном экземпляре. Одно из преимуществ системы — масштабируемость. Большинство датчиков работает от батареек и крепятся на 3М-скотч, поэтому добавить такие элементы не составит труда. Не забывайте предварительно почитать про совместимость оборудования и приложения или голосового помощника. Если вы планируете монтаж на этапе ремонта, то рассмотрите варианты с умными реле и заранее определите выводы питания под устройства умного дома.

Читайте также:  Каким током разряжать li ion аккумулятор 18650 аймаксом

Добавление в систему датчиков и актуаторов у всех производителей максимально упрощено и состоит из нескольких шагов:

  1. Подключите устройство к сети электропитания (если требуется).
  2. Инициируйте добавление устройства в приложении. Далее действуйте в соответствии с инструкциями приложения. Обычно достаточно несколько раз нажать кнопку на устройстве.
  3. После сопряжения с устройством в приложении появится перечень доступных функций. Их можно использовать независимо либо включать в сценарии автоматизации совместно с другими элементами умного дома.

Умный дом — отдельная инженерная система, заслуживающая вдумчивого проектного подхода. В этом случае умные устройства станут вашими надежными помощниками по дому.

Источник

Умный свет для дома — что это такое и как работает

Умный свет для дома — что это такое и как работает

Аватар пользователя

Содержание

Содержание

Умный свет встречает буквально с порога умного дома. Когда вы открываете входную дверь, свет приветственно зажигается. Полезная функция, при этом далеко не единственная, появившаяся на стыке технологий освещения, радиопередачи и мобильных устройств. Разбираемся, что такое умный свет, из чего он состоит и как им управлять дома.

Как устроен умный свет

Концепция умного дома подразумевает управление устройствами голосом или через единое приложение на смартфоне и создание сценариев автоматизации. Все это справедливо и для умного света. Сам по себе умный свет — это:

  • лампы — устанавливаются в цоколь, например, E27;
  • локальные светильники — включаются в розетку;
  • встраиваемые светильники — питаются напрямую от электрической сети, при этом подключение к ней скрыто в потолке или стене. Простейший пример — потолочный светильник;
  • светодиодные ленты — работают через адаптеры питания, которые в свою очередь подключаются к розетке.

Обратите внимание на типы подключения к электросети, это важно для понимания множества вариантов работы. Каждый из приборов может быть обычным или умным. Чтобы прибор «поумнел», его снабжают модулем беспроводной передачи данных. Большинство работают по Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee.

Возможности умного света

Дистанционно вы можете настраивать такие параметры осветительных приборов, как:

  • состояние (включен/выключен);
  • яркость;
  • цвет;
  • цветовая температура.

Есть два основных метода управления умным светом: подключение обычного прибора через умный девайс (например, обычная лампа + умная розетка) или использование непосредственно умных ламп, диммеров, лент и т. д. Варианты для удобства сведены в табличку.

Умную розетку можно удаленно выключить и включить, таким образом, манипулируя состоянием стандартного светильника. С помощью умного цоколя или выключателя тоже самое можно провернуть с лампочкой.

Если выключатель диммируемый, то можно менять и яркость. Это очень удобная опция, но будьте аккуратны и убедитесь в совместимости диммера и лампы!

Еще одна фишка выключателей — это работа от батарейки, что позволяет масштабировать свою систему без вмешательства в электросеть.

Умное реле подключается напрямую к проводке, так что через него можно контролировать состояние как розетки, так и встраиваемого светильника. Такие вещи лучше монтировать на стадии ремонта.

Умные лампы и светильники — это самостоятельные устройства, которыми можно полноценно управлять напрямую со смартфона.

В этом случае вы сможете дополнительно варьировать цвет и цветовую температуру. Учтите, что физические выключатели таких световых приборов должны всегда быть в положении «Включен».

Архитектура умного света

Для того, чтобы работали сценарии автоматизации, необходима связь между всеми элементами системы. При этом в сценариях часто используются датчики умного дома (движения, освещенности, открытия дверей). И общаются они по разным протоколам: Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee.

А почему бы не подключить все по Wi-Fi? Основная причина использования других протоколов — энергопотребление. ZigBee обладает большей энергоэффективностью, поэтому датчики работают годами от батарейки. Wi-Fi устройства же требуют постоянного подключения к электросети. Вторая причина кроется в топологии сети. Классическим беспроводным протоколам характерен тип «Звезда», что влечет за собой требования к размещению коммутатора. ZigBee изначально построен по ячеистой топологии (Mesh) для разворачивания сетей с большим количеством узлов. Сейчас доступны коммутаторы с поддержкой Wi-Fi- и Bluetooth-Mesh.

Подружить все умные устройства призван блок управления, например, Xiaomi Gateway 3. Он работает со всеми протоколами, собирает по ним данные от устройств и передает их на роутер. Если количество гаджетов измеряется десятками, то применяются промежуточные Bluetooth- и ZigBee-шлюзы. Итак, реперные точки архитектуры: датчики/устройства — шлюзы — блок управления — роутер — приложение.

Приложения для управления

Мы дошли до верхнего уровня управления — приложения в смартфоне. Его задача — предоставить пользователю удобный интерфейс для добавления устройств, контроля их параметров и создания сценариев, которые будут работать автоматически.

Напомним, что добавить гаджет можно либо напрямую, либо через шлюз. В первом случае это Wi-Fi или Bluetooth-устройство. Во втором — ZigBee или Bluetooth.

Не все гаджеты поддерживаются шлюзом и приложением. Обязательно проверяйте поддержку устройств перед приобретением в спецификациях производителя. В идеале должно быть указано, с каким конкретно софтом работает интересующий умный девайс.

Наиболее часто встречаются приложения для умного дома Mi Home от Xiaomi и HomeKit от Apple. Также стоит отметить отечественного производителя Rubetek, а также приложение Hue Sync от Philips, которое отличается тем, что оно разработано конкретно для технологии умного света.

С точки зрения «всеядности» с большим отрывом лидирует Mi Home. Помимо широкого ассортимента собственных продуктов Xiaomi (представленных суббрендами Aqara, Mijia, Yeelight) реализована поддержка умных ламп сторонних производителей, таких как Philips и IKEA. Часть этих гаджетов можно присоединить к экосистеме HomeKit, опять же посредством шлюза Xiaomi.

Самое интересное в приложение — сценарии автоматизации. Есть несколько встроенных и можно творить свои. Создаются они по принципу IFTTT — перечню условных команд «если, то».

Алиса, зажигай!

Не забываем про Алису и ее коллег по цеху голосовых помощников.

На русском умеет понимать только Алиса, поэтому про удобство использования других говорить сложно. С технической точки зрения ничего сложного — «Яндекс» поддерживает пять производителей, среди которых упомянутые Rubetek, Philips и Xiaomi. При подключении к аккаунту последнего станут доступными все имеющиеся устройства. Далее можно работать уже с известными Алисе командами, также объединяя их в сценарии.

Приведем несколько примеров крутых сценариев:

  • Имитация рассвета. Постепенное нарастание яркости и цветовой температуры. Включается по расписанию или по данным от умного будильника. Да, такое тоже возможно;
  • Имитация заката. Плавное уменьшение яркости и цветовой температуры и снижение яркости. Автоматическое выключение света при получении сигнала о засыпании от умного будильника;
  • Полный отбой. По расписанию или по команде Алисе «Выключи все»;
  • Вечеринка. По команде приглушается свет и меняются цвета светодиодной ленты.

Умный свет — это одна из ключевых технологий умного дома. Современные осветительные приборы предоставляют джентльменский набор параметров для управления и способов управления ими. Это позволяет использовать готовые и создавать новые сценарии работы освещения вашей жилой площади. Система умного света становится все более доступной, масштабируемой и зависящей только от полета фантазии.

Источник



Что такое система умный дом и пример её реализации

Принято считать, что концепция «Умного дома» (от английского smart house) берет свое начало в середине прошлого века, но из-за высокой стоимости реализации подобные проекты не получили широкого распространения. Ситуация в корне изменилась с развитием электроники и в настоящее время такие системы хоть все еще не внедряются повсеместно, но уже и не воспринимаются как диковинка. Предлагаем рассмотреть, что представляет собой «Умный дом», его круг задач, а также возможность самостоятельной реализации такого проекта.

Что такое система «Умный дом»?

Под данным термином подразумевается программно-аппаратный комплекс, позволяющий автоматизировать и упростить управление различными системами, а также другим оборудованием дома или квартиры.

В качестве примера приведем функции, которые могут быть возложены на «Smart house» (далее SH):

Управление системой освещения, например:

  • включать свет по сигналу датчика движения;
  • имитация присутствия хозяев (периодически зажигается свет в разных комнатах);
  • изменение различных вариантов подсветки интерьера;
  • дистанционное управление светом при помощи планшета или смартфона и т.д.

Вариант функционального набора охранной системы:

  • получение SMS сообщений в случае включения, отключения и срабатывания системы;
  • отправка MMS сообщений с видеокамер при поступлении сигналов от датчиков движения;
  • возможность просмотра видеозаписи через Интернет и т.д.

Удаленное управление системами освещения, охраны, видеонаблюдения и климат-контроля

  • поддержка температуры на заданном уровне, с возможностью его установки дистанционно (например, при помощи смартфона);
  • установка режима максимальной экономии при отсутствии хозяев и т.д.

Удаленное управление системами освещения, охраны, видеонаблюдения и климат-контроля

Это далеко не полный функциональный набор, он может быть расширен в зависимости от пожеланий и финансовых возможностей. Благодаря развитию беспроводных технологий масштабируемость системы не требует капитального ремонта.

Какие минусы имеет «Умный Дом»:

  • Любая электроника не застрахована от сбоев или зависаний. Нужно быть готовым к тому, что в любой момент понадобится перенастройка отдельных электронных систем и компонентов вручную;
  • Дороговизна. На рынке России и СНГ производители продают системы по минимальной цене от 2000 долларов до 5000, в зависимости от «начинки» и пожеланий заказчика.

Как сделать дом «Умным»?

В идеале реализация подобных решений должна вестись на этапе строительства, но такой вариант ввиду разных причин не популярен среди застройщиков. В результате остается два способа автоматизации:

  1. Обратиться в профильную компанию, где на основе ТЗ заказчика будет составлен проект с его последующей реализацией. Минимальная стоимость такого решения варьируется, как уже было сказано выше, в пределах $2000-$5000, максимальная зависит от функционального набора и используемого оборудования.
  2. Самостоятельно разработать и внедрить систему «Умный дом».

В первом случае заказчик получает готовое решение, под ключ. Во втором, стоимость реализации можно существенно сократить, если не на порядок, то в несколько раз, особенно если использовать для этой цели платформу Ардуино (о ней мы расскажем немного ниже). Необходимо предупредить, для реализации проекта потребуются навыки программирования, но разработчики постарались максимально упростить эту задачу.

Кратко о платформе

Основа платформы это плата с микроконтроллером (далее МК) и электронным обвесом к нему. К контролеру выпускается множество различных датчиков и плат расширения с теми или иными функциями.

Базовая плата Ardunio UNO

Обозначение:

  1. Порт для перепрошивки (стандартный USB).
  2. Кнопка аппаратного сброса.
  3. Сигнал опорного напряжения.
  4. GND.
  5. Контакты для цифровых сигналов.
  6. Сигнал ТХ.
  7. Сигнал РХ.
  8. Порт для подключения внешнего программатора.
  9. Контакты для аналоговых сигналов.
  10. Подключение внешнего питания.
  11. GND.
  12. +5 В.
  13. +3,3 В.
  14. Сигнал сброса.
  15. Разъем для источника питания.
  16. Микроконтроллер.

Особенность платформы заключается в том, что процесс программирования МК максимально упрощен. Прошивка при помощи встроенной программы-загрузчика через имеющийся на плате порт USB. На случай случайного «затирания» этой программы предусмотрена возможность перепрошивки стандартными программаторами.

Для программирования используется бесплатная оболочка (Arduino IDE), совместимая с наиболее распространенными операционными системами (Windows, Linux, Mac OS). В эту оболочку входит текстовый редактор для написания программ, компилятор и библиотеки. В качестве базового языка программирования используется упрощенный вариант С++. Более полную информацию о программировании МК можно получить на сайте разработчика и тематических форумах. В этих же источниках можно узнать все о визуализации управления системой.

Оболочка для программирования Ардунио

Оболочка для программирования Ардуино

Ориентировочная стоимость оригинального базового модуля $30 — $50 (в зависимости от модификации), китайских аналогов — $10-$16.

Примеры плат расширения и датчиков

Приведем краткое описание шилдов, которые могут понадобиться при разработке собственного проекта SH.

Модуль для подключения к локальной сети или интернет по стандартному протоколу TCP/IP. В качестве основного элемента используется контроллер ENC28J60. Данное устройство позволяет организовать визуализированное управление системой с веб-сайта.

Подключение сетевого модуля к Ардунио

Подключение сетевого модуля к Ардуино

Модуль GPRS/GSM SIM900 позволяет осуществлять управление системой при помощи обмена данными через сеть любого мобильного оператора. Для подключения к сети используется стандартная SIM карта. Имеется возможность отправки SMS и ММС сообщений, в библиотеке модуля реализована поддержка других функций.

Подключение GPRS/GSM модуля

Подключение GPRS/GSM модуля

Реле электромеханического действия на 10 А 250 В, может использоваться для управления освещением или другой соответствующей нагрузкой. При подключении питания включается светодиод красного цвета, если реле срабатывает, то дополнительно загорается зеленый индикатор. Сигнал можно подавать от любого цифрового выхода МК.

Подключение реле модуля SRD-5VDC-SL-C

Подключение реле модуля SRD-5VDC-SL-C

К сожалению, при максимальной нагрузке или близкой к ней у электромеханических реле, через несколько недель работы могут начать залипать контакты, поэтому для управления работой электрокотлов системы отопления они не подходят. Но не стоит расстраиваться, для платформы Ардуино можно найти модули на все случаи жизни, в данной ситуации решить проблему можно при помощи твердотельного реле, например SSR-25DA.

Подключение SSR реле к Ardunio

Подключение SSR реле к Ardunio

Обозначения:

  1. GND на базовой плате.
  2. К цифровому выходу, например, D
  3. Питание от сети 220 В.
  4. Подключение нагрузки.

Обратим внимание, что данный модуль реализован на симисторе, а для его стабильной работы требуется отвод тепла, поэтому рекомендуем вместе с модулем приобрести и штатный радиатор.

Датчики

Теперь рассмотрим несколько типов датчиков, которые также могут быть полезны для проекта, начнем с ИК устройства HC-SR501, фиксирующего движения.

Внешний вид датчика движений HC-SR501 и его распиновка

Внешний вид датчика движений HC-SR501 и его распиновка

Обозначения:

  1. Питание от источника в диапазоне 5-12 В (можно подключить к +5 В на плате контроллера).
  2. Сигнал, исходящий от датчика (подключается к любому цифровому входу МК)
  3. GND соединяется с соответствующим контактом базовой платы.
  4. Время задержки (удержание логической единицы на выходе) – от 5 до 300 сек.
  5. Чувствительность датчика (можно установить от 3 до 7 метров).
  6. Переключатель в режим «Н» (при серии срабатываний устанавливается логическая единица).
  7. Установка режима «L» (при активации посылается одиночный импульс).

Не менее полезным будет цифровой температурный датчик DS18B20 (изготавливается в герметичном и обычном исполнении). Их особенность заключается в том, что устройства не требуют калибровки и каждое из них имеет собственный уникальный идентификатор. То есть, датчик передает данные температуры и свой уникальный номер. Благодаря этому на один шлейф можно установить несколько датчиков и программно обрабатывать поступающую информацию. Ограничение длины сигнальных проводов – 50 метров.

Пример подключения нескольких цифровых температурных датчиков

Пример подключения нескольких цифровых температурных датчиков

Завершая тему датчиков, приведем модуль для измерения влажности, он может быть использован в качестве сигнализатора протечки воды или для организации полива комнатных или тепличных растений.

Датчик FC-37

Датчик FC-37

Обозначения:

  1. Цифровой выход, подключается к любому соответствующему разъему на базовой плате МК. Сигнализирует о влажности, соответствующей порогу срабатывания.
  2. Аналоговый выход, информирует о текущей влажности.
  3. GND
  4. Питание +5 В.
  5. Управление порогом чувствительности.

Мы привели только три типовых датчика совместимых с платформой, на самом деле их значительно больше. Ознакомиться с разнообразием данной продукции можно на сайтах производителей.

Закончив с обзором оборудования, перейдем к проектированию системы управления и автоматизации, начать необходимо с постановки задачи.

Определение начальных условий

В первую очередь необходимо определиться с постановкой задачи, то есть, с функциональностью системы. Допустим, у нас имеется однокомнатная квартира, которую можно условно разделить на следующие зоны:

  • Тамбур.
  • Прихожая.
  • Туалет, совмещенный с ванной комнатой.
  • Кухня.
  • Жилая комната.

Задача: автоматизировать управление освещением, бойлером и системой вентиляции.

Поставим задачи для каждой из зон.

Тамбур

В данном случае можно автоматически включать свет при приближении к входной двери. То есть, потребуется датчик движения. При этом необходимо учитывать уровень освещенности, соответственно, автоматика должна срабатывать только в темное время суток. Для этого понадобиться датчик GY302 или аналогичный (в обзоре мы не приводили его, но найти описание не составит проблем). Включение и выключение лампочки (через заданное в программе время) можно доверить твердотельному маломощному реле, например G3MB-202P, рассчитанному на ток нагрузки 2 А.

Прихожая

Управление освещением в данной зоне можно организовать по тому же принципу, что и в тамбуре. Можно добавить включение света при открытии входной двери. В качестве датчика подойдет типовой дверной геркон.

Туалет и ванная комната

Включение бойлера можно связать с наличием в квартире хозяев. Если никого нет, автоматика принудительно отключает нагреватель воды при помощи модуля SSR-25DA. Отслеживать температуру нагрева нет смысла, поскольку данные устройства самостоятельно отключаются при достижении заданного порога. Свет и вытяжка должны включаться автоматически при входе человека в эту зону, и отключаться через определенное время, если не обнаруживается движение.

Автоматизация кухни

Управление освещением данной зоны можно оставить ручным, но дублировать его автоматикой, отключающей свет, если движение не обнаруживается длительное время. При работе электро или газовой плиты должна включаться вытяжка и отключаться через некоторое время после приготовления пищи. Управлять работой вытяжки можно при помощи термодатчика, фиксирующего повышение температуры при включении плиты.

Жилая комната

В данном помещении управлять освещением лучше вручную, но можно реализовать возможность автоматического отключения света при достаточном уровне освещенности.

Приведенный пример довольно условный, поскольку алгоритм работы Умного дома каждый разрабатывает в зависимости от личных предпочтений.

Особенности терморегуляции

В заключение дадим несколько рекомендаций по управлению отоплением. Следует учитывать большую инерционность данной системы. Велика вероятность того, что управление посредством простого включения и отключения отопления, в соответствии с заданным температурным диапазоном, могут создать довольно дискомфортные условия. В данном случае следует использовать алгоритм PID-регуляции, в сети доступна библиотека с его реализацией для Ардуино.

Не вдаваясь в подробности можно описать работу данного алгоритма следующим образом:

  • Производится анализ между необходимой и текущей температурой в помещении, и по результату устанавливается определенная мощность отопительной системы.
  • Производится учет постоянных теплопотерь. Они могут зависеть от уличной температуры или других факторов. Поэтому при достижении заданной температуры, отопление не отключается полностью, а снижается до уровня необходимого для компенсации теплопотери.
  • Последний фактор, влияющий на работу алгоритма, учитывает инерционность системы отопления, что не допускает выход температуры за установленный диапазон.

Источник

Краткая история электричества, или Почему «умные дома» питаются постоянным током

Все началось в 1881 году на международной электротехнической выставке в Париже, где Томас Алва Эдисон представил всему миру свое новое изобретение — электрический свет, производимый лампой накаливания. В те времена сети постоянного тока были нормой. Чтобы сделать свой продукт коммерчески успешным, Эдисону пришлось решать сложнейшую проблему электрификации величайших городов того времени — Нью-Йорка, Лондона и Парижа.

Томас Эдисон работал с сетью 110 В DC. Из-за высокого падения напряжения при прохождении постоянного тока по проводам, энергия могла передаваться только на относительно небольшие расстояния. Это означало, что источники энергии следовало располагать прямо в центре города, поскольку каждая подстанция могла обслуживать здания в радиусе не более 1,5 км. Сегодня это трудно себе представить, однако такие электростанции действительно были построены во всех крупных городских центрах.

Очень быстро стало очевидным, что сети постоянного тока не могут обеспечивать разумные экономические показатели на менее застроенных территориях. Поэтому Джорджу Вестингаузу вскоре пришла в голову идея перевести передачу энергии на переменный ток, который имеет два серьезных преимущества: уровень АС-напряжения легко повысить с помощью трансформатора и для его передачи можно использовать более длинные и тонкие провода без существенных потерь мощности.

Эти изобретатели стали главными противниками в «войне токов», происходившей в начале 1890-х. В конце концов, Вестингауз взял верх, не в последнюю очередь благодаря помощи Николы Теслы — создателя многофазной асинхронной машины переменного тока. Вот почему у нас в домах все еще используется АС-сеть, в то время как миллиарды работающих во всем мире источников питания снабжают нашу домашнюю электронику постоянным током.

Возрождение постоянного тока?

Сможет ли экономичный «умный дом» будущего открыть новую эру постоянного тока? И станет ли DC-сеть снова привлекательной? Эти вопросы оказываются не настолько надуманными, как может показаться на первый взгляд. Давайте просто взглянем на солнце, которое дает нам энергию изо дня в день и при минимальных затратах. Таким образом, фотоэлектрические солнечные станции способны стать одними из самых популярных источников энергии для тех домовладельцев, которые хотят меньше зависеть от центральных сетей.

Однако оба эти основных источника энергии не всегда совместимы. Практически все наши здания подключены к сетям переменного тока. То есть энергию, получаемую от солнечных панелей, нельзя использовать без преобразования в стандартное АС-напряжение 230 В/50 Гц. Даже с учетом того, что эффективность современных инверторов превышает 95%, часть мощности все равно теряется.

Энергия солнечного света не всегда доступна, например в вечернее время, когда мы в ней особенно нуждаемся. Именно поэтому фотоэлектрические станции, как правило, работают на основную сеть. В недавнем прошлом это было очень выгодно, поскольку тарифы на электроэнергию искусственно поддерживались на высоком уровне. Во время нынешней рецессии государственная поддержка возобновляемых источников энергии постепенно уменьшается, и подключение солнечных панелей к питающей сети больше не является столь привлекательным решением, как было несколько лет назад.

Собственники фотоэлектрических станций, следовательно, должны пересмотреть систему электроснабжения зданий таким образом, чтобы использовать постоянный ток от солнечных батарей для своих собственных нужд. Это может быть сделано с помощью независимой сети постоянного тока для снабжения потребителей. Избыток энергии может запасаться в буферной батарее, обеспечивающей подачу энергии, когда солнечный свет отсутствует.

На рис. 1 показана структура домашней DC-сети, которая вскоре может стать стандартной для «умного дома». Внутренние источники постоянного тока обеспечивают энергией бытовую технику, систему освещения и элементы управления зданием. Идеальным считается питание от сети 24 В DC — такой уровень напряжения наиболее эффективен с учетом длины и сечения кабелей.

Внутренняя разводка сети постоянного тока

Рис. 1. Внутренняя разводка сети постоянного тока, генерируемого фотоэлектрической станцией (синяя цепь), буферной батареей и преобразователем электромобиля (центральная АС-сеть (красная цепь) подключена к наиболее мощным потребителям, она также служит в качестве резервного зарядного устройства для аккумулятора)

В тех случаях, когда солнечного света недостаточно для подзарядки аккумулятора, она может осуществляться от центральной сети 230 В AC. Следовательно, «умные дома» пока не могут полностью отказаться от использования этой цепи. К ней подключаются крупные бытовые приборы, такие как стиральные машины, холодильники, электрические плиты, а также водогрейные котлы и тепловые насосы, причем система управления отоплением может питаться от сети постоянного тока.

Много ли потребителей у постоянного тока?

Зачем мы вообще рассматриваем вопрос об использовании DC-сети? Разве не очевидно, что большинство электрических приборов в наших домах рассчитано на питание от сети переменного тока? Однако на самом деле это не совсем верно. У множества современных бытовых приборов основную мощность потребляют не электромоторы, а электронные компоненты. Как правило, они созданы с применением полупроводниковых технологий, поэтому рассчитаны на работу с постоянным током. Иными словами, в действительности АС-напряжение 230 В/50 Гц из нашей розетки преобразуется в напряжение 24, 12 или 5 В постоянного тока, которое затем подается на электронное устройство.

Стереосистемы, персональные компьютеры и другая оргтехника оснащены множеством источников питания, снабжающих различные внутренние узлы с определенным уровнем потребления постоянного тока.

Такой подход не является расточительным, поскольку, когда устройство находится в эксплуатации, эффективность источника питания, как правило, превышает 90%. Однако в режиме ожидания расход энергии оказывается неоправданно большим. И будем честными: большинство устройств в наших офисах и домах находится в режиме ожидания большую часть времени, потребляя энергию без какой-либо цели.

К счастью, такая ситуация в ближайшее время изменится благодаря новой Директиве Европейского союза по энергопотребляющим устройствам — EuP (Energy-using Products). В соответствии с этим документом с начала 2013 года электронные устройства в режиме ожидания не должны потреблять больше 500 мВт (для дисплеев: 1 Вт). Для удовлетворения требованиям директивы блок питания должен включать небольшой AC/DC-модуль и реле, как показано на рис. 2. Это единственный способ сократить энергопотребление в режиме ожидания ниже заданного предела.

Режим ожидания с применением маломощного AC/DC-модуля

Рис. 2. Режим ожидания с применением маломощного AC/DC-модуля для обеспечения минимального потребления энергии (например, RAC03, 80 мВт). Вход основного источника питания коммутируется через реле

Самые энергоемкие потребители энергии зачастую даже не очень заметны. Мы говорим сейчас о зарядных устройствах, которые в больших количествах обнаруживаются в наших домах и офисах. Обычно это простые и недорогие изделия, их типовая схема показана на рис. 3. Самой проблемной частью данного устройства с точки зрения потерь мощности является линейный регулятор напряжения (например, серии LM78). Применение этого узла снижает эффективность использования энергии до совершенно недопустимых величин: от 60 до 65%. Несмотря на то, что можно значительно повысить эффективность преобразования (>95%), установив импульсный регулятор напряжения (например, серии R-78), большинство производителей электроники не хочет тратить лишние деньги. Возникает вопрос: справедлив ли этот подход в отношении потребителей, которые в конечном счете получают более высокие счета за электроэнергию?

Зарядное устройство с энергоемким линейным регулятором

Рис. 3. Зарядное устройство с энергоемким линейным регулятором

С развитием LED-технологий системы освещения также становятся электронными устройствами, потребляющими постоянный ток. Однако светодиоды нельзя подключать непосредственно к DC-сети: для управления LED-лампой необходим специальный AC/DC-драйвер. Мощность домашних светодиодных светильников, как правило, находится в диапазоне 15-30 Вт (учитывая, что 25-Вт LED-лампа обеспечивает такой же уровень освещения, как лампа накаливания мощностью 100 Вт). Отметим, однако, что эффективность AC/DC LED-драйверов в этом диапазоне редко превышает 80%.

Данный пример показывает, что питание электронных устройств от источника переменного тока приводит к потере 15-20% потребляемой энергии. Использование домашней DC-сети позволяет устранить эти проблемы «одним ударом».

Если мы учтем мощность, рассеиваемую при преобразовании энергии солнечных панелей (минимум 5%), то общий уровень потерь увеличится примерно до четверти потребляемой мощности. Это явно не по карману потребителю во времена постоянно растущих расходов на электроэнергию.

Журавль в небе?

Можно подумать, что сети постоянного тока целесообразно использовать только в новых зданиях, поэтому их внедрение не оказывает большого влияния на общее энергопотребление. Однако, вероятно, имеет смысл прямо сейчас начать разработку и внедрение концепций, ориентированных на будущее, даже если они подходят не для всех нынешних потребителей?

Более того, уже есть решения, которые можно успешно интегрировать в существующие системы переменного тока. Хорошим примером является источник питания RAC03-SCR, разработанный компанией RECOM (рис. 4, слева). Благодаря компактному дисковому корпусу он встраивается

Плоский дисковый модуль RECOM

Рис. 4. Плоский дисковый модуль RECOM для установки в обычные розетки (слева) и комплект для монтажа модулей RAC01-RAC10 на универсальную DIN-рейку (справа)

в обычную розетку. Этот модуль с легкостью интегрируется даже в стандартный выключатель или гнездо розетки, что делает его идеальным для применения в экономичных источниках питания устройств управления настенными дисплеями электрических ставен, жалюзи и систем освещения. Блок RAC03-SCR также удобен для зарядки мобильных телефонов и других подобных устройств, поскольку он встраивается в настенный USB-коннектор.

Поскольку блоки управления часто устанавливаются в распределительные щитки, хорошим решением для данного случая является монтаж компактных источников питания на верхнюю DIN-рейку. Это легко сделать с помощью универсального DIN-адаптера (рис. 4, справа), разработанного RECOM для своих AC/DC-модулей. Существует возможность индивидуальной настройки таких блоков в диапазоне мощности от 1 до 10 Вт.

Эдисон был бы счастлив узнать, что его идеи переживают настоящий Ренессанс. Нет сомнения, что в ближайшем будущем самые «умные дома» будут получать энергию от возобновляемых источников постоянного тока. А сейчас почему бы не начать экономить энергию с помощью интеллектуальных новинок, таких как плоский модуль питания RECOM?

Источник