Pobierz najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Systemy automatyki domowej, w których wykorzystuje się komunikację Z-wave

Printer Friendly and PDF
rys1

Rys. 1. Przykład rozwiązania „Inteligentny Dom”

Produkty ułatwiające sterowanie i automatyzację oświetlenia, klimatyzacji, wentylacji, ogrzewania, podlewania ogrodu, sterowania bramami i roletami, a także integrujące systemy zabezpieczeń, takie jak systemy alarmowe, systemy kontroli dostępu czy wizyjne systemy dozorowe, są dostępne w Polsce od ponad dwudziestu lat. Określa się je wspólnym mianem systemów zintegrowanych. Obiekty, w których są zainstalowane, to tak zwane inteligentne budynki.

W ostatnich latach odczuwalny stał się wpływ nowych technologii na życie przeciętnego człowieka. Po prostu trudno uwierzyć, że w ciągu ostatnich trzydziestu lat dokonała się rewolucja technologiczna, dzięki której pojawiły się komputery osobiste, laptopy, telefony komórkowe, tablety, smartfony, stworzony został Internet, a w nim portale społecznościowe i wiele innych usług, bez których dziś trudno nam się obyć. Rozwój technologii jest tak szybki, że wprawia w zakłopotanie przeciętnych mieszkańców tego świata.

Niestety tak szybki postęp powoduje, że pojęcia takie jak cloud computing, web 2.0 software as a service czy next generation networks niewiele wyjaśniają zwykłemu zjadaczowi chleba. Z tego względu producenci tworzą też rozwiązania, dzięki którym urządzenia – pomimo technologicznego zaawansowania – są przyjazne dla użytkownika, np. plug and play.

Powyższe trendy mają też odbicie w rozwiązaniach przeznaczonych dla gospodarstw domowych. Szczególnie przydatne są systemy, które ułatwiają wykonywanie powtarzalnych czynności (takich jak: otwieranie bram, podlewanie ogrodów, zamykanie rolet itp.) lub zmniejszają zużycie energii (np. sterowanie ogrzewaniem, wentylacją, klimatyzacją itp.), co ma przełożenie na korzyści finansowe. Internet umożliwia sterowanie poszczególnymi systemami, nawet wtedy, gdy nikogo nie ma w budynku.

Idea inteligentnego budynku

Systemy automatyki budynkowej są znane w Polsce od wielu lat. Kojarzone są z systemami drogimi, w których zintegrowane urządzenia są połączone przewodami i komunikują się za pomocą protokołów LON lub EIB/KNX. Jednym z najkosztowniejszych składników takich systemów jest instalacja kablowa. Na kolejnych miejscach plasują się są sterowniki i konwertery protokołów. Niestety w przypadku małego domu system automatyki, w którym wykorzystywane są wymienione wcześniej protokoły, może kosztować nawet kilkadziesiąt tysięcy złotych.

Komunikacja Z-wave

fot1

Fot. 1. Przykładowy ekran aplikacji internetowej „Inteligentny Dom”

 

Rozwój technologii doprowadził do tego, że producenci systemów automatyki budynkowej znaleźli tańsze rozwiązania umożliwiające integrację systemów korzystających z energii elektrycznej. Jedną z wiodących technologii jest Z-wave, która wykorzystuje komunikację radiową (pasmo 868 MHz). Dzięki temu systemy wykorzystujące Z-wave można uruchamiać bez potrzeby zmiany wyposażenia domów czy mieszkań. Wystarczy korzystać z urządzeń zgodnych z wymienionymi protokołami lub zastosować specjalne adaptery zamontowane w urządzeniach lub gniazdkach elektrycznych. W ten sposób do instalacji oświetleniowej można podłączyć centralę, która umożliwia realizację zaprogramowanych scenariuszy oraz zdalne sterowanie odbiornikami energii elektrycznej.

Technologia Z-wave powstała dwanaście lat temu w Danii, a spopularyzowano ją około pięciu lat temu w USA. W rozwój Z-wave zaangażowały się międzynarodowe koncerny, takie jak GE, Honeywell, Samsung, Danfoss i inne. Urządzenia są produkowane z myślą o masowych zastosowaniach, więc ich cena szybko spada i stają się coraz bardziej popularne. Dzięki standaryzacji protokołu Z-wave jeden system może składać się z komponentów różnych producentów. Dostępne są także polskie urządzenia wykorzystujące technologię Z-wave, a niektóre z nich zdobyły nawet międzynarodowe nagrody za wzornictwo.

Zarządzanie energią

Jedną z głównych korzyści wynikających ze stosowania automatyki budynkowej jest możliwość ograniczenia zużycia energii elektrycznej. Z tego względu systemy automatyki budynkowej są najczęściej wykorzystywane do sterowania urządzeniami elektrycznymi, m.in. systemami oświetlenia oraz kontroli temperatury, których działanie zostaje uzależnione od obecności domowników i ich zwyczajów.

W przypadku nieobecności domowników instalacja oświetleniowa oraz urządzenia zużywające prąd nawet w trakcie czuwania (telewizor, komputer, kuchenka mikrofalowa itp.) są wyłączane, a temperatura w pomieszczeniach jest obniżana do pewnego ustalonego poziomu, np. 18°C. W ten sposób można ograniczyć zużycie prądu.

Przed powrotem domowników system może uruchomić pewne wybrane urządzenia (np. ekspres do kawy) i podwyższyć temperaturę w domu do 22°C. Scenariusz może być realizowany na podstawie założonego harmonogramu lub na podstawie ustalanej za pomocą GPS pozycji pojazdu użytkownika, który wraca z pracy lub wakacji i znajduje się w niewielkiej odległości od domu.

fot2

Fot. 2. Przykładowe ekrany aplikacji mobilnej „Inteligentny Dom”

 

W przypadku obecności domowników w domu system będzie wyłączał oświetlenie w pomieszczeniach, w których nikt nie przebywa, sprawdzał, czy brama garażowa jest zamknięta, czy nie ma czynników powodujących wychłodzenie lub nadmierne nagrzanie domu itd. Dodatkowo system zaalarmuje użytkowników, gdy któreś z urządzeń zacznie zużywać więcej energii niż powinno, a także umożliwi zdalne odłączenie tego urządzenia.

To tylko niektóre z możliwych scenariuszy. Ich liczba zależy od potrzeb i wyobraźni użytkowników. Przy odpowiednim doborze scenariuszy użytkownicy mogą zoptymalizować korzystanie z urządzeń elektrycznych.

Należy spodziewać się, że wkrótce polscy dostawcy energii, wzorem dostawców z innych krajów europejskich, przygotują specjalne taryfy dla użytkowników systemów automatyki budynkowej i będą oferować swoim klientom urządzenia umożliwiające zdalne monitorowanie zużycia energii oraz zdalne wyłączanie urządzeń, które niepotrzebnie pobierają energię.

Automatyka domowa

Systemy automatyki budynkowej umożliwiają komfortowe korzystanie z wielu urządzeń elektrycznych, które normalnie działają niezależnie od siebie, ale w przypadku ich zintegrowania mogą być centralne zarządzane. Zaangażowanie się międzynarodowych korporacji w rozwój technologii Z-wave przyczyniło się do zwiększenia liczby kompatybilnych urządzeń dostępnych na rynku.

Główne zastosowania Z-wave:

  1. Sterowanie oświetleniem. W przeciętnym domu jest ponad sto elementów oświetleniowych, więc do realizowania scenariuszy potrzebne są czujki obecności wykrywające nawet niewielki ruch (na przykład ruch osoby czytającej książkę), włączniki grupujące żarówki i reflektory, ściemniacze dostosowujące natężenie oświetlenia do pory dnia oraz adaptery gniazdkowe do sterowania pracą lampek biurkowych. 
  2. Kontrola temperatury. Praktycznie wszystkie domy są wyposażone w piecyki, podgrzewacze wody, klimatyzatory oraz wentylatory. Za pomocą termometrów, czujek wilgotności oraz stacji pogodowych można kontrolować temperaturę i dostosowywać ją do aktualnych potrzeb użytkowników. W przypadku słonecznych dni albo wietrznych nocy można posłużyć się systemem sterowaniem rolet. 
  3. Sterowanie urządzeniami elektrycznymi. Do kontroli zużycia energii elektrycznej oraz sterowania urządzeniami elektrycznymi, takimi jak monitory, komputery, telewizory, służą uniwersalne przełączniki gniazdkowe. Część przełączników jest wyposażona w liczniki zużycia energii. 
  4. Zarządzanie bezpieczeństwem. Obecne systemy automatyki budynkowej pełnią też rolę systemów alarmowych. Mogą być wyposażone w czujki ruchu, czujki kontaktronowe w oknach i drzwiach, czujki zalania, czujki dymu oraz sygnalizatory. Do zarządzania systemem alarmowym służą klawiatury, piloty oraz aplikacje mobilne. Do ochrony mienia wykorzystywane są kamery IP z podstawowymi algorytmami analizy obrazu (zliczanie osób, detekcja pojawienia się albo zniknięcia obiektu, detekcja przekroczenia wyznaczonej linii). 
  5. Sterowanie systemami kontroli dostępu. Do sterowania systemami KD wykorzystywane są wideodomofony, zdalnie sterowane zamki oraz siłowniki. System steruje zamkami w drzwiach i bramach i automatycznie je otwiera albo zamyka – w zależności od scenariusza. Działanie takiego systemu jest podobne do działania zamka centralnego w samochodzie – po rozbrojeniu systemu alarmowego zamek w drzwiach od strony kierowcy zostaje automatycznie otwarty. W przypadku inteligentnego domu, otwierając bramę, można np. rozbroić system alarmowy i otworzyć zamek w drzwiach między garażem i domem, włączyć oświetlenie w garażu i obejrzeć obraz z kamer wokół domu na wyświetlaczu wmontowanym w klawiaturę. 

Integracja systemów alarmowych

Wiele osób ma już systemy alarmowe. Część z nich nie chce w pełni integrować systemu alarmowego z systemem automatyki budynkowej, a jedynie korzystać z wybranych funkcji. Można jednak zintegrować oba systemy tak, by system automatyki mógł odczytywać status systemu alarmowego, zaś system alarmowy mógł inicjować wybrane scenariusze w systemie automatyki budynkowej.

Zestawy do samodzielnego montażu

Rozwój techniki pozwala na tworzenie urządzeń, które działają od razu po włączeniu zasilania. W przypadku technologii Z-wave uruchomienie i obsługa urządzeń jest na tyle prosta, że na rynku są dostępne zestawy do samodzielnego montażu, nazywane z angielska DIY (do it yourself). Urządzenia wchodzące w skład zestawów są zgrupowane tematycznie. Służą do zarządzania oświetleniem, sterowania urządzeniami elektrycznymi czy też zabezpieczenia domu przed włamaniem. Do sterownika systemu automatyki budynkowej wprowadzone są domyślne scenariusze, a część producentów umożliwia również zdalne zarządzanie poprzez udostępnianie zasobów systemowych w tak zwanej chmurze.

Zarządzanie systemem automatyki budynkowej

System automatyki budynkowej pozwala zarządzać wszystkimi zintegrowanymi systemami za pomocą jednej platformy programowej. Dzięki temu użytkownicy nie muszą uczyć się obsługi wielu różnych aplikacji. W praktyce, po przygotowaniu scenariuszy, system nie wymaga dodatkowej obsługi za pomocą komputera. Aplikacja jest wykorzystywana do wizualizacji stanu poszczególnych systemów oraz do podglądu obrazów z kamer.

W systemie automatyki budynkowej możliwe jest korzystanie z dobrodziejstw „chmury”. Można umieszczać w niej dane dotyczące konfiguracji całego systemu oraz dzienniki systemowe. Zwiększa to niezawodność systemu i ułatwia jego odtworzenie w przypadku awarii, np. po przepięciach powstałych na skutek wyładowań atmosferycznych w trakcie burzy.

Kolejną zaletą nowoczesnych systemów automatyki budynkowej jest możliwość sterowania wszystkimi systemami w budynku za pomocą telefonu komórkowego lub tabletu. Wystarczy mieć dostęp do Internetu mobilnego, aby np. przed powrotem z urlopu włączyć w domu wybrane urządzenia, zwiększyć temperaturę w pomieszczeniach i uruchomić jacuzzi.

Podsumowanie

Omówione rozwiązania mają być przyjazne dla użytkowników, dlatego zintegrowane urządzenia są proste i wygodne w obsłudze. Aby je stworzyć, wykorzystuje się zaawansowane technologie komunikacji bezprzewodowej, platformy komunikacyjne, algorytmy analizy danych i wiele innych elementów. Systemy automatyki budynkowej są tak przygotowane, że użytkownik nie musi wykazywać się znajomością techniki – wystarczy, że potrafi obsługiwać telefon. Systemy te będą ciągle udoskonalane. Główny wpływ na ich rozwój będą miały firmy telekomunikacyjne oraz dostawcy energii elektrycznej. Możliwe, że kolejny krok milowy w rozwoju tej dziedziny techniki postawi firma Google, wdrażając projekt Android@Home wykorzystujący protokół komunikacyjny ZigBee. Przodujący producenci sprzętu już dziś umożliwiają sterowanie urządzeniami za pomocą tego protokołu, ale o tym napiszę innym razem.

 

Daniel Kamiński
Ochrona Juwentus

 

Zabezpieczenia 1/2014

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony