ЧАСТЬ 2.
Идеи.
Сегодня тема «Умного дома» уже далеко не нова. Но каждый разработчик вкладывает в это понятие что то своё, при этом мне ни разу не удалось получить информацию о системе, которая бы наиболее полно отвечала всем требованиям.
В «ЧАСТЬ 1» мы попробовали вскользь, легко, литературным языком, определить те направления в разработке автоматизированных систем, которые будут призваны нам на помощь в будущем.
Попробуем в «ЧАСТЬ 2» произвести конкретизацию задачи техническим языком. Предыдущая часть заканчивалась абзацем:
Нам, для облегчения жизнедеятельности на месте проживания, нужны автоматизированные (роботизированные) помощники, постоянно адаптирующиеся к внешней среде, с централизованным управлением, лёгким интуитивно понятным командным интерфейсом, возможностью удалённого дистанционного взаимодействия.
По произведению Тургенева «Му-Му» нам стали известны наименование должностей прислуги, обслуживающую свою хозяйку в XIX веке. Попробуем оттранслировать тогдашнее положение вещей на его сегодняшнее понимание. Табличка станет выглядеть таким образом:
Напомним, что мы, ввиду технологической развитости современного общества, отказываемся от множества помощников, необходимых в прошлом – швея, портниха, столяр, шорник (автослесарь), ветврач, лекарь (доктор), башмачник. Данные виды услуг сегодня или составляет чьё-то хобби, или вытеснены ввиду налаженного массового и недорогого производства. Исключение могут составить автоматизированные системы диагностики здоровья.
Как исключение, в случае появления индивидуальных швейных и обувных роботов, возможно распространение и данных услуг. Не секрет, что сегодня помимо того, что мы можем легко и недорого купить обувь и одежду, кому-то доставляет удовольствие сшить что-то новое или оригинальное. Или подлатать винтажное бабушкино одеяние. Далеко ходить не надо – на Новогодний вечер в школе моя дочь запросила платье в стиле «стиляги 50-х». Кто мог подумать в 50-е годы 20-го века, а это без малого через 60 лет, что за платья в стиле движения «стиляги» надо будет заплатить весьма немалые деньги.
Не будем отвлекаться и попробуем рассмотреть, какие помощники потребуются нам сегодня.
- Дворник. Нужен при проживании в помещении любой категории. При проживании в частном секторе в уличном исполнении. При проживании в городской квартире – домашний робот пылесос. Внешнее исполнение – самодвижущийся робот. Управление — с центральной станции. Адаптация на местности – по внутренним и внешним датчикам.
- Истопник. Нужен при проживании в помещении любой категории. При проживании в частном секторе и городской квартире — внешнее исполнение – стационарная автоматизированная система отопления, и подогрева воды. Управление – с центральной станции. Адаптация на месте – по внутренним датчикам.
- Грузчик. Нужны при проживании в частном секторе. Скорее всего здесь можно обсуждать различного рода роботизированные тележки, подъёмники и лифты для опускания или подъёма грузов, а также, различные устройства для маломобильных граждан (ММГ). Управление как от центральной станции, так и от стационарных кнопок.
- Охранник. Нужны в помещениях любой категории. Сложность добавляет необходимость и возможность работы параллельно с сертифицированной системой, хотя возможна в будущем и сертификация нашей разработки. Или требуется создание универсальной системы, которая одновременно может обслуживать две системы: местную и централизованную (городскую). Управление с центральной станции. Делятся на:
- Система пожарного предупреждения.
- Система видеонаблюдения.
- Система проникновения.
- Система предупреждения аварий (затопления).
- Система ограничения доступа детей в нежелательные помещения.
- Прачка. Нужны в помещениях любой категории. Внешнее исполнение – стационарный агрегат для стирки белья. Можно использовать существующие агрегаты с доработкой для контроля и управления. Надо поработать с производителями, для разработки моделей с заводской установкой интерфейса. Управление как от центральной станции, так и от стационарных кнопок.
- Лекарь. Нужны в помещениях любой категории. Исполнение или в виде датчиков в носимых часах, или датчиков в санузлах, которые будут заниматься сбором любой мало-мальски полезной информации для анализа состояния здоровья. Управление как от центральной станции, так и от стационарных кнопок. Желательно интеграция в общую систему здравоохранения, если такая будет создана. В перспективе связь с личным лечащим врачём.
- Лакей. Нужны в помещениях любой категории. Могут представлять из себя и посудомоечные агрегаты. И агрегаты глажки белья. И автоматизированные сортировочные шкафы белья. И управление закрытием/открытием окон/жалюзи. И управление включением/выключением светом. Управление как от центральной станции, так и от стационарных кнопок. Попробуем выделить это в подразделы:
- Система управления освещением.
- Система управлением окнами/жалюзями.
- Посудомоечный агрегат.
- Агрегат автоматизированной глажки белья.
- Автоматизированный сортировочный шкаф.
- На самом деле множество услуг, которые нужны именно Вам, которые Вы часто используете, которые поддаются автоматизации.
- Садовник/Фермер. Нужны при проживании в частном секторе. Внешнее исполнение в двух ипостасях:
— стационарные роботы. Фактически «фито-плоттер». Управление от центральной станции, а так-же по внутренним датчикам и параметрам.
— стационарные роботы для кормления животных, налива воды, уборки территории после выгула. Управление от центральной станции, а так же по внутренним датчикам.
– самодвижущиеся роботы. Управление — с центральной станции. Адаптация на местности – по внутренним датчикам.
Могут быть ввиде:
- Робот-косильщик, подвижный
- Робот-огородник (автоматизированные системы ухода за растениями).
- Робот поливальщик.
- Автоматизированные системы ухода за животными.
- Будем автоматизировать всё что можно! 😉 Мне например очень хочется автоматизированный птичник!
- Кастелянша. Самое сложное к замене ввиду своей универсальности. Вполне возможно, что будет из себя представлять некую архивную систему.
- Приживалка. Нужны в помещениях любой категории. На сегодняшний день самая освоенная тема: медиа и игровые консоли. Внешнее исполнение – стационарные сервера хранения видео и аудио контента, игровые консоли мобильные или стационарные. Управление как от центральной станции, так и от стационарных кнопок.
- Извозчик. Нужен при проживании в частном секторе. Обсуждаем только «внутренние» перевозки или переезды. Может требоваться ММГ. Внешнее исполнение – самодвижущийся робот. Управление — с центральной станции. Адаптация на местности – по внутренним датчикам. Вполне возможно, что в недалёком будущем, при активной электрификации транспорта, будет в виде автомобиля с автоматическим управлением.
Мы обсудили те варианты прислуги, которые известны веками. Сегодня появились услуги, фактическое выполнение которых ранее было невозможно, например, кондиционирование. Мне по крайне мере не известны примеры кондиционирования частных домов в 19 веке и ранее. Добавим в наш список несколько ранее не известных функций.
- Автоклимат. Нужны в помещениях любой категории. Представляет из себя стационарные агрегаты установленные в различных частях помещения. Управление как от центральной станции, так и от стационарных кнопок.
- Вентиляция принудительная. Нужны в помещениях любой категории. Представляет из себя стационарные агрегаты установленные в различных частях помещения. Управление как от центральной станции, так и от стационарных кнопок.
К вентиляции обязательно следует добавить систему рекуперации тепла приточного воздуха.
- Альтернативная энергетика. Нужна при проживании в частном секторе. Исполнение в виде комплекса средств генерации и сохранения энергии тепла и электричества. Внешнее исполнение:
- Солнечные батареи.
- Солнечные коллекторы.
- Стационарные системы накопления тепла.
- Стационарные системы накопления электроэнергии.
- Стационарная система генерации и накопления жидкого топлива.
- Средства управления. Нужны в помещениях любой категории. Исполнение в виде стационарных или переносных графических панелей с экранным управлением (тач-скрин). Интерфейс связи проводной/беспроводной. Основная задача:
- Отображать в графическом виде состояние и работоспособность всех агрегатов, работающих в системе.
- Управлять работой всех агрегатов, работающих в системе.
Вполне возможно, что я забыл осветить какую-то систему. Мы успеем это сделать. Мы подошли к самой основной системе: блок центрального управления.
- БЦУ – Блок центрального управления — мозг. Нужны в помещениях любой категории. Представляет из себя стационарный агрегат, обеспечивающий синхронизацию работы всех агрегатов. Должен иметь внешние порты управления различными бытовыми агрегатами, внешние порты интерфейсов мобильной и другой защищённой связи. БЦУ имеет выход в внешнюю среду в виде интерфейса Ethernet или похожего, связан с компанией разработчиком, от которой получает все программные улучшения и обновления, а так-же, может передавать тревожную информацию для реагирования, или специфическую информацию медицинского назначения.
- Естественно набор «исполнителей» может и должен расширяться. К тому же мы будем учитывать, что любая система, рассчитанная на применение в быту, может найти применение и на производстве, или в лаборатории, или в мастерской. Мы говорим о том, что мы пытаемся автоматизировать часто повторяющиеся процессы, независимо от того где они происходят.
Теперь у нас есть первичное понимание о тех помощниках, которых бы мы, в будущем, хотели бы видеть у себя в помощниках.
Понимая набор услуг, которые бы нам хотелось получить, давайте попробуем смоделировать в общем виде, требующуюся нам, систему. Т.е. попытаемся представить структуру будущей системы, её основные узлы и взаимосвязи между узлами.
Задача 1. Системой надо управлять, и сегодня принято управлять дистанционно, не ограничивая себя в расстоянии. Уже сегодня владелец может давать команды управления с мобильника находясь в другой стране. Естественно эта функция востребована, и мы будем её реализовывать. Рисунок ниже отражает ситуацию, когда несколько систем управляются и контролируются дистанционно.
При этом есть чёткое понимание того, что ситуация может иметь многовариантное исполнение. В частности, может возникнуть ситуация, когда основной владелец, контролирующей и управляющий системами один, а самих систем множество. Как пример могу привести ситуацию, когда Вы контролируете и управляете системами со своего мобильного, или планшета, или РС-компьютера, а систем у Вас несколько: квартира, коттедж, удалённое загородное имение или мини-ферма. Комбинация названий может быть любой, главное, чтобы система это позволяла, не допуская сбоя.
Рисунок ниже отражает как раз такой вариант ситуации. На рисунке отображён вариант, когда внешняя система отображения одна, а систем, которыми она управляет – множество.
Следующий вариант, который так же имеет право на жизнь – вариант, когда внешних управляющих много, а сам исполнительный блок один. Рисунок ниже как раз отображает этот вариант.
Основное сходство этих рисунков заключается в использовании интерфейса EtherNET как основной внешней среды коммуникации.
На сегодняшний день это единственный общепринятый интерфейс, связь по которому возможна практически с любой точки планеты, с любого гаджета. Главное найти точку входа во всемирную паутину, и соединиться со своей системой.
Когда то, мы пытались и внутреннюю систему выполнения команд и получения информации сделать на интерфейсе EtherNET. Это были нулевые годы нашего 21 века. При первой же прикидке, когда мы попытались каждой кнопке, каждой лампочке дать свой IP-адрес, мы уперлись в многотысячную адресацию, соответствующую кабельную инфраструктуру, ну и самое печальное – большое потребление энергии сетевыми коммутаторами (swich). Доскональное и педантичное изучение внутренней структуры системы, её взаимосвязей, обосновало необходимость применения более простых, низкоскоростных интерфейсов, с одной стороны, и плотное компонование блоков, с другой.
Задача 2. Что же из себя могут представлять блоки «системы выполнения команд и получения информации». На самом деле первичное данное название не совсем корректно отражает суть. Но название дано, будем плясать от печки.
Данный блок состоит из множества модулей. Поскольку система изначально задумывалась, как гуманное, по цене, техническое изделие, с возможностью изготовления в любительских условиях, сразу ставилась цель иметь работоспособное устройство, с усечённым функционалом при работе в неполном комплекте, или в случае выхода части блоков из строя.
Как пример: Заказчику надо поставить систему управления въездными воротами, освещением, климатом, без выхода в интернет. Система должна быть проста и дёшева, при сохранении работоспособности.
На рисунке ниже отображена полная структура планирующейся системы выполнения команд, которая состоит из определённого набора модулей. Напомним, эта та часть от общей системы, которая располагается в конкретном месте, определённым заказчиком.
Система состоит из набора модулей:
- Модуль внешних коммуникаций. Модуль планируется реализовать на микрокомпьютере, как готовом модуле, на который потребуется установить только ПО. У него уже будет порт EtherNET. Некую сложность может предоставить наличие или отсутствие низкоскоростного интерфейса, но практика показывает, что они в основном наличествуют. Помимо связи с владельцем, на модуле будет возложена задача в периодическом получении обновлённого ПО для функциональных блоков, с его архивацией.
- Модуль выполнения команд и получения информации фактически и является структурным кирпичиком системы – её низовым звеном.
- Модуль NEIRO – пока самый закрытый модуль. Это будущий искусственный мозг системы, в задачи которого будет входить постоянный анализ за потоком данных от датчиков, команд, и их исполнения, с вычислением причинно-следственных связей, и использованием полученных данных, для возможной работы всей системы на опережение. Собственно, в случае использования этого модуля с получением положительного результата, систему наконец то можно будет назвать по настоящему «умной». Именно этот результат конечный и самый долгожданный.
Задача 3. Модуль выполнения команд и получения информации – низовое звено.
Модуль должен состоять из Конечного Блока Центрального Управления – БЦУ, который управляет конечными коммутационными и информационными устройствами, а также собирать необходимую информацию.
Одна из основных идей этого раздела заключается в необходимости применения низкоскоростных интерфейсов. Сначала мы рассмотрим несколько вариантов, из чего можно выбрать, и потом продолжим проектировать систему.
Автор: Фонин Павел Николаевич (Besm-2000tm)
Контакт: smart@besm.ru
Автор публикации
