Открытая платформа для создания заботливой квартиры

Помочь разобраться с таким сложным понятием как "Умный дом" нам поможет метод декомпозиции. Попробуем представить архитектуру этой концепции.

Потребности

Это верхушка пирамиды, объединяющая основные потребности, которые потребитель может удовлетворить при помощи "умного дома".

• Нехватка времени ведет к желанию переложить обязанности и лишнюю работу на автоматические устройства.
• Необходимость предупреждать негативные события ведет к автоматическому контролю.
• Удорожание стоимости коммунальных услуг ведет к желанию экономить и оптимизировать расходы.
• Естественное стремление к комфорту ведет к усовершенствованию возможностей приборов и оборудования, задействованию их в сложных сценариях.
• Желание снизить тревожность ведет к автоматическому отслеживанию событий, которые могут возникнуть в отсутствии хозяев.

Решения

Подходы к удовлетворению одной и той же потребности могут сильно различаться, поскольку это индивидуально для каждого потребителя. Контекст решения также накладывает отпечаток, ведь особенности решения будут сильно отличаться для квартиры и коттеджа, наприрмер. Вот примеры типовых решений:

• Поддержка комфортной среды обитания
• Гибкое размещение органов управления домом
• Проявление заботы и создание уюта
• Привычные и ожидаемые сценарии
• Исполнение сценариев в зависимости от контекста (день, ночь и т.п.)
• Помощь в выполнении рутиных операций
• Экономия на коммунальных расходах
• Предотвращение аварий
• Выявление и отслеживание неправомерных действий
• Предотвращение несанкционированного проникновения

Сценарии

Решения собираются из сценариев, автоматизирующих поведение элементов "умного дома". Сценарии - это способ настройки (кастомизации) "умного дома", без которого невозможно адаптировать решения под конкретного потребителя. Если решения более-менее типовые для большого числа пользователей, то сценарии - это кто во что горазд, поскольку сценарии неразрывно связаны с контекстом, предпочтениями, бюджетом, технологиями и производителями. Примеры более-менее типовых сценариев:

• Климат-контроль: измерение параметров среды, управление кондиционером, отоплением, вентиляцией, увлажнителем и т.п.
• Уход за растениями: измерение уровня влажности, автоматический полив.
• Информирование об экологической обстановке: измерение показателей воздуха внутри и снаружи помещения.
• Снятие/отправка показаний счетчиков расхода воды и электричества.
• Выявление лишних потребителей электричества и отключение при отсутствии человека.
• Обнаружение протечки и перекрытие подачи воды.
• Автоматическое закрытие окон при отсутствии человека.
• Обнаружение нештатных ситуаций в помещении и уведомление о них.
• Визуальный дистанционный осмотр помещения.
• Доступ в помещение с использованием электронных замков.

Элементы

Логические кубики, из которых строится любое решение, назовем элементами автоматизации "умного дома". Элемент реализует конкретную функцию в сценарии, например, отслеживает значение какого-то параметра с заданным интервалом времени. Элементом может быть "умный датчик" или другое "умное устройство".

• Измерение
  • Измерение параметров окружающей среды (влажность, температура, концентрация веществ, освещенность, шум)
  • Измерение количества потребленных ресурсов (электроэнергии, воды и т.п.)
  • Сбор данных о качестве воздуха по заданным координатам
• Обнаружение
  • Обнаружение присутствия членов семьи в доме
  • Обнаружение присутствия человека в комнате
  • Обнаружение отклонений от нормы (открытие двери, протечка, забытые электроприборы и т.п.)
• Уведомление
  • Голосовое уведомление
  • Уведомление на телефон
  • Уведомление на мониторе или телевизоре
• Визуализация
  • Отображение изменения параметра во времени
  • Отображение мгновенного состояния "умного дома"
• Управление
  • Управление электрической нагрузкой (свет, электроприборы и т.п.)
  • Управление кнопочными приборами (чайник, выключатель и т.п.)
  • Управление вентилем или клапаном
  • Управление сервоприводом
  • Управление помпой
  • Голосовое управление
  • Управление сложными приборами (телевизор, медиацентр и т.п.)
• Идентификация
  • Идентификация человека в помещении
  • Идентификация члена семьи с использованием метки
• Логика
  • Сценарии управления и оркестрация

Технологии

На этом уровне расположены всевозможные физические устройства, реализующие элементы автоматизации умного дома.

• Видеокамеры
• Видеомониторы
• Датчики
• Герконы
• Реле
• Сервоприводы
• Робопальцы
• Помпы
• Клапаны
• Домашняя техника
• Контроллеры
• Микроконтроллеры
• Медиацентр
• Звуковое оборудование
• Смартфоны

Физический уровень

Реализация технологических компонентов умного дома может быть очень разной. Например, компоненты могут быть соединены в сеть при помощи проводов, а могут взаимодействовать по радиоканалу. Датчик может периодически сообщать о своих параметрах всем желающим, а может наоборот опрашиваться центральным компонентом. Реализация в этих случаях будет совершенно разной, будет отличаться удобством, надежностью, стоимостью и другими критериями. Рассмотрим типовые топологии.

Датчик - Устройство

Это самая распространенная и доступная схема домашней автоматизации. Типичный пример - дистанционный выключатель, например, для управление светом. Основной минус таких устройств - они малопригодны для интеграции в экосистему "умного дома", они самодостаточны и интеграция это не про них. В этих технологиях могут использоваться пропритерные протоколы и технологии.

Датчики - Контроллер - Устройства

Классическая схема организации коробочных решений "умного дома". Контроллер реализует выполнение сценариев, визуализацию состояния "умного дома", управляет элементами и собирает показания с датчиков. Такая схема может быть реализована по-разному, что влияет на потребительские характеристики.

"Проводная" реализация

Предполагает соединение компонентов проводами, встраивание компонентов в электропроводку квартиры или дома. Безупречная надежность. Подходит для новых квартир или домов. Сопряжено со многими неудобствами при инталляции в квартире с отделкой. Требует заранее продуманного плана инсталляции. Небольшая гибкость в случае увеличения поддерживаемых решений или изменения сценариев.

"Беспроводная" реализация

Предполагает коммуникацию компонентов по открытым радиоканалам: WiFi, ZigBee, Z-Wave, Bluetooth и т.п. Высокая гибкость к расположению компонентов. Возможна постепенная реализация решений "умного дома". Расстояния и внутренняя конфигурация помещения влияют на дальность действия и качество связи. Видимость устройств в соседних квартирах многоквартирного дома. Требуется использовать и обслуживать источники питания для некоторых компонентов.

"Закрытые" контроллеры

Самый распространенный случай. Производитель привязывает потребителя к своим технологиям, своему пониманию концепции "умного дома", полностью решает за потребителя какие сценарии ему нужны, важны. Вроде бы похоже на готовый продукт, но есть проблемы.

Хорошая реализация стоит очень дорого. Слабая реализация скорее дискредитирует идею "умного дома", поскольку почти ничего не решает и не позволяет потребителю реализовать свое видение идеи, в итоге потребитель не видит ценности.

Не всегда можно купить компоненты для замены или расширения, поскольку продавец слабо представлен в регионах. Высокая дороговизна компонентов из-за необходимости создания собственного производства, сертификации.

"Открытые" контроллеры

Набирающий популярность тренд. Открытость предполагает реализацию любых решений, работу с любыми компонентами, производителями и коммуникационными технологиями. Потребитель не заперт в клетке идей, принципов и технологий одного поставщика.

Низкий порог входа. Можно начать с минимальными вложениями, даже бесплатно. Достижима реализация всех решений "умного дома". Если сложить всех производителей компонентов, то есть из чего выбрать.

Поскольку открытость технологии реализуется посредством программного обеспечения, то резко возрастают возможности реализации сложных решений, использующих алгоритмы и технологии AI и AR.

В данном случае необходимо объединить усилия программистов и электронщиков, поскольку действительно умные сценарии невозможны как без хорошего софта, так и без поддержки со стороны инфраструктуры: датчиков и исполнительных устройств. Именно здесь совместными усилиями и при взаимной помощи можно добиться значительного прогресса.

Гибридная схема

У каждой технологии есть свои слабые и сильные стороны. Правильным подходом будет использовать сильные стороны каждой из технологий. Часть инфраструктуры умного дома будет проводной и об этом стоит задумываться еще до начала ремонта. Часть будет работать на радиотехнологиях. Какие-то готовые компоненты можно купить в магазине. Простые или нестандартные элементы можно разработать самостоятельно.

Из-за незначительной стоимости микрокомпьютеров, на которых устанавливается контроллер, они могут быть установлены в разных комнатах или этажах и объединяться в кластер. Датчики и исполнительные устройства могут подключаться только к "своему" контроллеру, который расположен ближе всего.