Проектирование умного дома: виды умных домов, с чего начать

Почём сегодня «умные дома»?

Цена на умные дома имеет достаточно большое колебание. Это зависит не от «аппетитов» компаний, а от технологий, функций и оборудования, использующихся в установке системы. Для 1-2-хкомнатных квартир полная комплектация популярными функциями интеллектуального комплекса с установкой и подключением может обойтись от 4 тысяч до 15 тысяч у.е. Сравним, в коттедже цена на «умные дома» стартует от 6.5 тыс. у.е.

Автоматизированная система управления — удовольствие не из дешевых и к тому же цена ее зависит от присутствия в комплекте разнообразных функций. Некоторые из них идут в комплекте по умолчанию и существенно добавляют стоимость в целом, хотя, например, могут вовсе не использоваться хозяевами.

Вот почему вопрос, можно ли установить систему умный дом своими руками, является актуальным для тех, кто хочет сэкономить средства на монтаже и подборе оборудования.

На самом деле технологии и оборудование для установки не так сложны, как кажется. И если денежный вопрос стоит для вас не на последнем месте, то можно выбрать только необходимый минимум функций, а также самостоятельно сделать монтаж системы «Умный дом».

Реализация

Majordomo— система написана на PHP. Для программирования используется концепция объектов, их свойств и методов. Поддерживает большой набор устройств и имеет большое русское комьюнити. Хороша для быстрого старта, однако использование этой системой СУБД MySQL и архитектуры классического веб-приложения является ее существенным недостатком. Эта система была использована автором в первой версии умного дома. В качестве средства программирования логики можно использовать PHP или Google Blockly
OpenHAB — достаточно известная система, написанная на Java. По мнению автора статьи, она сложна в настройке и обеспечении логической связи между устройствами умного дома. В качестве средства программирования логики умного дома также можно использовать Google Blockly
Node-red — система для реализации простейшей логики умного дома, при условии, что устройства связаны по стандартным протоколам прикладного уровня (rest, mqtt и т. д.). Рекомендуется автором данной статьи для использования в простых решениях, например, охранная система, система имитации присутствия и т. д.
ioBroker — система написана на JavaScript (Node JS). Имеет простую и грамотную архитектуру, является достаточно стабильной и поддерживает большой набор устройств. Использует простую парадигму — устройства с наборами состояний и возможностью подписки на изменения состояния. В качестве средства программирования логики умного дома можно использовать JavaScript, Google Blockly или Node-red, который вошел в состав ioBroker как отдельный компонент. Именно эта система используется автором во второй версии умного дома, эксплуатируемой с сентября 2019 года.

Готовые решения и сборка своими руками

Как сделать «Умный дом» самостоятельно? На данный момент существует большой выбор вариантов построения системы – различные крупные компании выпускают новинки и предлагают свои решения и устройства. Рассмотрим несколько вариантов воплощения этой концепции.

Google Home

Компания Google много лет занимается разработками идеи умного дома и имеет семейство продуктов, на основе которых строится система управления.

Колонка Google Home

Выполняемый колонкой набор функций очень широк: с её помощью можно составить план на день, послушать новости, воспользоваться поисковой системой или поиграть в игры. Она осуществляет управление музыкой, радио, будильниками, таймерами и напоминаниями, позволяет передавать сообщения на все устройства сети. Но русифицировать её придётся самостоятельно, инструкцию можно найти в интернете. Google Home также поддерживает IFTTT, позволяющий связать в систему различные устройства.

Устройство Home Hub

Центр управления, представляющий собой колонку для общения с голосовым помощником Assistant, дополненную экраном. Устройство не оснащено камерой в целях повышения чувства комфорта и безопасности пользователей. Имеется ночной режим – устройство может передавать команды, понижающие яркость света, температуру в доме и закрывающие замки. Есть возможность управлять функциями удалённо через приложение Google Home.

Умный дом на базе ZigBee

Самостоятельно наладку системы «Умного дома» можно сделать и при помощи ZigBee. Это стандарт беспроводной связи, с помощью которого взаимодействуют все приборы в доме или квартире. ZigBee выпускается множество устройств: умные розетки, лампочки, диммеры, датчики движения, разнообразные контрольные сенсоры. Лидером среди компаний-производителей устройств, поддерживающих стандарт ZigBee является китайская компания Xiaomi.

Работа системы ZigBee осуществляется при помощи устройств следующего типа:

Координаторы, управляющие действиями системы и обеспечивающие безопасность процессов.
Маршрутизаторы, работающие постоянно и отвечающие за работу устройств в спящем режиме. Также они отвечают за восстановление в случае неисправностей. Соединяются с координатором, маршрутизаторами, а также периферийными устройствами и оборудованием для передачи информации.
Конечные устройства, отвечающие за отправку и получение данных. Соединяются с координатором и маршрутизаторами, а также связаны с сенсорами и механизмами, отвечающими за выполнение команд.

Системы управления

Освещение

Группы или отдельные светильники могут работать в разном режиме, для этого им задается свой уровень освещенности. Контроль осуществляется при помощи пультов, дистанционно имеется возможность задавать иллюзионные сценарии нахождения хозяев в квартире. Управление всеми источниками освещения выполняется единым пультом, при этом можно дополнительно задавать дату, время или определенное событие. Аналогично настраивается и яркость приборов, автоматическое выключение ламп при выходе из помещения.

Климат-контроль

Данная система контролирует приборы, обеспечивающие обогрев, кондиционирование, очищение и вентиляцию воздуха. Благодаря выставленным настройкам техника работает слаженно в заданном режиме. Кроме этого, в некоторых проектах предусмотрено и дистанционное управление климатом, благодаря чему комфортная температура устанавливается до прихода владельцев дома. Вся техника контролируется с единого пульта, где можно управлять отоплением в зависимости от даты, времени и сезона. В помещениях также дополнительно размещаются датчики влажности и температуры, которые срабатывают в определенное время и регулируют климат.

Домашний кинотеатр и мультирум

К этой системе относятся не только плееры и телевизоры, но и сопутствующая техника: шторы, жалюзи и освещение. Благодаря налаженной работе в комнате создается особая атмосфера для просмотров фильмов. Управление бывает как голосовое, так и автоматизированное при помощи нажатия кнопок на пульте.

Система безопасности

Представляет собой уникальное многофункциональное устройство, которое дистанционно управляется и оперативно реагирует на различные тревожные ситуации, включая в том числе пожарную безопасность, сигнализацию и нарушение работ в коммуникациях. Пожарная и охранная сигнализации работают автоматически и включается сразу же после ухода хозяев дома. Ее можно контролировать как при помощи сотового телефона, так и пульта. Дистанционно можно получать сигналы об утечке газа, протечках воды и взломе. Информация мгновенно поступает на мобильный телефон или компьютер.

Способы укладки кабеля

Укладка кабеля понадобится только для проводных звонков. Для этого осматривается поверхность стен внутри помещения вблизи выхода из дома или квартиры на наличие ближайшей распределительной коробки. Обычно она располагается в верхней части стены в месте ввода кабеля в дом от счётчика. Внутри помещений кабель можно уложить внешним или скрытым способом, а снаружи квартиры только скрытым, чтобы обеспечить надёжную антивандальную защиту. Для скрытой проводки при помощи перфоратора штробят канавки в стене подходящего размера. Внешнюю проводку укладывают в короба, закреплённые на саморезы.

Оборудование и ПО

Независимость процессов автоматизации от внешних «облаков» (все автоматические процессы должны работать даже при отсутствии доступа в интернет).
Вариативность оборудования (не ограничивать себя только изделиями только одного производителя — необходимо иметь возможность интегрировать устройства разных вендоров между собой).
Разнообразные способы управления (веб, приложения, голосовое управление (Siri, Google Assistant, Amazon Alexa) — кто знает, каким образом в реальной жизни (и реальный момент времени) будет удобнее воспользовться?).
Гибкость построения различной автоматизации (развитый скриптовый язык сценариев — чтобы эта мелочь не могла омрачить «полет фантазии» в описании процессов).
Актуальность состояний внутри системы (когда я только-только начинал «погружение в тему», часть устройств была вообще без обратной связи (livolo, например), потом появилась обратная связь (со сменой устройств, конечно), но частенько актуальность статусов была под большим вопросом — приходилось проверять).
Минимальные задержки (время от подачи команды/«нажатия кнопки» до видимой реакции системы должно быть как можно меньше, чтобы это не вызывало временного дискомфорта от эксплуатации).
Предсказуемость и стабильность (никаких несанкционированных «барабашек», включающих/выключающих свет (особенно ночью;)) быть не должно).

Климат

Где бы вы ни жили, в тропическом раю или в холодной заснеженной стороне, климат наверняка очень важен для вас. Северяне столетиями придумывают все новые способы согреться, в то время как южане пьют прохладительные напитки и покупают кондиционеры. Температура окружающей среды оказывает непосредственное влияние на жизнь человека. Если она благоприятна, ваше здоровье в норме, появляются дополнительные силы, улучшается настроение. Если нет, возникают риски разных болячек, а настроение ухудшается.

Именно поэтому создание «умной» климатической системы в своем доме всегда будет хорошей идеей, независимо от места пребывания. Как правило, она включает в себя несколько элементов:

центральный котел с сетью труб;
теплые полы;
кондиционеры и обогреватели;
датчики для умного дома (температуры и влажности);
панель управления.

Оборудование для умного дома можно запрограммировать на поддержание определенной температуры и влажности, а также составить график их включения и выключения. Все ограничивается лишь воображением и бюджетом.

(С умным домом любой каприз природы обойдет вас стороной)

СМС

Неплохо, если Умный дом может оповестить вас о пожаре или вскрытии двери, когда вас нет дома, правда? Есть такой модуль — называется sim800L. Это gps модем, который является полноценным телефоном. Он умеет звонить, отвечать на звонки, отправлять/получать смски, выходить в интернет с помощью gprs, определять местоположение с помощью сотовых вышек и т. д. Идея была такая: заказать этот модуль, вставить сим-карту в Умный дом, настроить какой-нибудь тариф, чтобы не было абонентской платы вообще, закинуть туда 500 руб и, пока они не истратятся (по 1 руб. за смс), а это, как минимум на год, забыть про все это.

Но оказалось, что в пике эта платка в момент поиска сетей потребляет 2 Ампера тока. У Умного дома есть модуль питания, туда заходит шнур, там аккумулятор и от аккумулятора выходит питание в систему. Батарейка может обеспечить максимум 3 Ампера выхода. То есть 3 Ампера постоянного потребления всей системой — край. И, если добавить этот gsm модуль к raspberry, она вырубится. Ей не хватит тока, и она просто потухнет. Единственное решение проблемы — это модуль отправки смсок делать отдельной коробочкой. Тогда туда можно обеспечить бесперебойное питание на 2 Ампера. И просто по Wi-Fi связать с Умным домом. То есть Умный дом говорит модулю: «Отправь вот такую смску», и модуль отправляет. Сейчас Жене нужно докупить пару железяк, и модуль будет готов.

Что нужно для установки «Умного дома»?

В идеале, монтаж следует проводить до начала отделочных работ, чтобы качественно установить все датчики, приборы, проводку и спрятать все лишнее. На сегодняшний день производители предлагают как зарубежные, так и отечественные системы с установкой и наладкой непосредственно по месту.

Происходит это так:
• предлагаются различные варианты комплектаций, находится «золотая середина» между желаемым и возможным;
• составляется проектная документация, в которую будет включен перечень необходимого оборудования, его размещение на плане дома, подбор мест для монтажа и итоговая стоимость всех механизмов и материалов;
• специалисты проводят подключение всех приборов и систем, пуско-наладочные работы и задают определенный набор программ.

Стоимость «умного дома» под ключ в минимальной комплектации – от $500у.е. В эту цену обойдется подключение основных светильников и пары бытовых приборов в квартире. Не особо впечатляет? Система готова совершенствоваться и с радостью примет новые датчики и устройства в свою базовую сеть. Максимально доступно присоединение более 250 приборов. В среднем, полноценная комплектация 2-х комнатной квартиры оценивается в $3500, трехкомнатной – около $4500.

Подсоединить «Умный дом» можно и после ремонта. Для этого используется радиомодуль, который монтируется в розетку, не нарушая целостности отделки. Для управления используются плоские беспроводные выключатели. Но такой монтаж и комплектующие детали обойдутся намного дороже, чем установка классической системы во время ремонта.

Корпус

Корпус — это та вещь, которая разрабатывалась 5 часов, а печаталась 28 часов. Печаталась на стареньком домашнем 3d-принтере. Для справки — если печать длится порядка 4 часов, это уже считается долго. А тут — 28. На нижнюю часть корпуса ушло 16 часов. На верхнюю — 6. Это вечеринка на целый день — запускаешь 3d-принтер и он печатает, прерывать нельзя. Если свет, допустим, отключится на 98% печати, значит, ты 15 часов пластика просто выкидываешь. Такого, к счастью, не случилось. Случилось другое: из-за недочета в проектировании (слишком тонкие стенки в фигурном отверстии под динамик) крышку пришлось перепечатать. То есть, суммарно печать заняла примерно 28 часов. Ушла почти вся катушка пластика.

Детали обустройства

Детали технологии умного дома

Установка локального сервера на Linux.
Настойка сервера Apache.
С помощью Linux можно организовать систему видеонаблюдения. Для этого потребуется ZoneMinder.
На Apache нужно создать сайт для умного дома.
Для наблюдения можно установить различные сигнализации, USB — камеры. Также надо поставить датчики температуры и установить соответствующее ПО.

Это минимальный набор, с которого может начаться обустройство умного дома. Разобравшись в деталях таких операций, можно переходить к более сложным вещам. Для того чтобы недорого создать полноправную систему управления различными коммуникациями и функциями оборудования в помещениях дома, нет необходимости что-то изобретать. В интернете можно найти массу решений для создания комфорта и уюта.

Некоторые мастера уже давно выкладывают свои разработки и предлагают опробовать их пользователям.

Стройка

Принудительная приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла.
Отопление — (только) электрические теплые полы.
Холодное водоснабжение — скважина.
Горячая вода — от электрического бойлера.
Канализация — ЛОС.
Кондиционирование — сплит-система (пока не установлена, но все необходимые магистрали проложены на ранних этапах стройки).

тема на ФХ

Роутер mikrotik (резервный канал через LTE, vpn, capsman, мониторинг и все такое).
Две различные WiFi-сети — физически разные точки доступа (одна сеть для IoT-устройств, другая — для обычных пользователей (вообще для «обычных» пользователей — две сети: 2.4 и 5ГГц), надо бы еще одну «гостевую сеть» поднять…).
Сервер домашней автоматизации («сердце» «умного дома»).
NAS Synology.
Бесперебойники …

Каждой комнате свои функции

Хорошенько продумайте, что именно должно «поумнеть» в вашей квартире для выбора наиболее востребованных и приоритетных функций. Ведь комнаты разнятся не только по предназначению, а и по частоте использования различных приборов.

• Прихожая
Обычно, прихожая совмещена с коридором, откуда путь ведет в санузел. Здесь актуален будет датчик движения, который будет посылать сигнал какому-либо прибору освещения. Дом сможет «встретить» вошедшего приветливо вспыхнувшим светом, да и ночные перемещения по квартире не будут сопровождаться неприятными столкновениями.

• Гостиная
Место, где семья проводит наибольшее количество времени, должно быть оснащено по максимуму средствами комфорта. Видео-, аудиосистемы могут быть совмещены с яркостью освещения (при включении телевизора закрываются жалюзи, приглушается свет до минимума). Неплохо было бы предусмотреть возможность автоматического включения/выключения приборов в определенное время.

• Ванная
Если в ванной стоит водонагреватель, можно «нагрузить» его функцией предварительного набора и нагрева воды к определенному времени. Стиральную машинку можно запрограммировать на включение даже во время вашего отсутствия. Разумеется, и датчик, перекрывающий воду в случае утечки, будет здесь на своем месте.

• Спальня
Для места, где начинается и заканчивается наш день, важны такие функции:
-выключение/включение всех устройств в доме (чтобы управиться со всеми делами, не вставая с постели);
— система управления жалюзи/шторами;
— плавная регуляция освещения.

• Детская
Комната, где не помешает установить камеру наблюдения, чтобы можно было в любую секунду удостовериться, что с малышом все в порядке. Здесь будут к месту и датчики, включающие, приглушающие и полностью выключающие свет и телевизор в определенное время.

• Кухня
Место, где актуальны не только стандартные манипуляции с бытовыми и осветительными приборами, а и обеспечение пожарной безопасности дома. Датчик дыма выключит электроплиту и все приборы, включенные в сеть, при угрозе возгорания. Система газ-контроль перекроет подачу газа в экстренной ситуации. Кроме управления всеми кухонными приборами, система контролирует их исправность, и в случае неполадок бдительно «доложит» вам о необходимости ремонта или замены.

Отдельно хочется сказать о безопасности: хотя в комплектацию «умного дома» входят множество специализированных систем, стоят они гораздо дороже, чем повышение эксплуатационных характеристик домашнего пространства, а уберечь от опытного домушника не сможет ни одна. Максимум – помочь опознать вора по записи камер, обратиться за помощью к соседям (если вам поступит сигнал о вторжении) или ускорить приезд охранной фирмы.

Словом, система «умный дом» — вполне реальное средство для повышения комфортабельности и, (да чего там душой кривить!) статуса хозяина, престижности его жилья. А вот нужны ли технологии будущего в квартире – решать только вам!

Система

Систему Женя написал за 4 месяца. Работал примерно по 2,5 часа в день. Полтора часа до работы (специально вставал пораньше, потому что вечером — сын, домашние дела, игра в «Цивилизацию» с женой) и час во время обеда на работе.

Идея была, чтобы система неограниченно масштабировалась. Это сейчас он парень простой и ему в умном доме нужен только базовый функционал (метеостанция, охранная система, видеонаблюдение). Но если завтра ему надоест нажимать на кнопочки и выключатели и он захочет, чтобы освещение само следовало за ним, плита включалась по хлопку, а автоматические жалюзи на окнах закрывались при солнце, у него должна быть возможность прикрутить весь этот функционал.

Поэтому система организована таким образом: создаешь папку в Умном доме с модулем, описываешь его работу и она легко интегрируется в систему. Сейчас там 9 модулей. Есть модули физические (те, которые имеют физическое устройство), а есть логические (те, которые нужны для работы системы).

Особенности реализации «Умного дома»: схемы

Рассмотрим работу системы на следующем примере.

Как видно из схемы выше, система может включать в себя управление множеством элементов – от отопления до видеонаблюдения и объединять с этой целью различные устройства (IP камеры, умные розетки, выключатели и т.д.). Передача команд от пользователя может осуществляться с помощью приложения смартфона, сенсорных панелей в доме или обычного ПК. Обработка команд и хранение информации происходит на специальных серверах, для удалённого доступа используются облачные технологии. За отслеживание текущего состояния системы и контроль исполнения команд отвечают датчики, а мультирумы служат для распределения аудио- и видеосигналов, а также различных настроек на несколько активных зон – это могут быть разные комнаты в квартире или территория за пределами дома.

Связь элементов структуры может быть построена через последовательное соединение, также используется древовидная структура, иногда проектирование системы ведётся по схеме «Звезда» или применяются комбинированные варианты.

NooLite Mini Kit

Система контроля NooLite Mini Kit была создана в Беларуси, она используется для обеспечения контроля электрического оборудования и освещения в жилых комнатах.
Дополнить ее разрешено элементами управления мультимедиа, климатическими устройствами, насосами, бойлерами. Цена – 15,5 тыс. руб.

Плюсы:

диммирование света;
API управляется сторонними утилитами;
несколько независимых каналов управления нагрузкой;
разные сценарии, в том числе функция «отключить все»;
настройка недельного режима функционирования системы.

Минусы:

неудобные сенсорного типа выключатели;
для доп. оборудования нужна доустановка датчиков.

Дальность действия устройств NMT на открытом пространстве составляет 50 метров, на монтаж и настройку системы нужен всего один час.

No tags for this post.

С чего начать при проектировании умного дома