Оптимизация информационно-коммутационной системы "интеллектуальный дом" (подсистема Мультирум)

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ задания

1.2 Система "Умный дом"

1.3 Система "Мультирум"

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Разработка системы "Мультирум"

2.1.1 Анализ входных данных

2.1.2 Беспроводные способы управления

2.2 Настройка программного обеспечения

2.2.1 Настройка Эмулятор "WinLirc"

2.2.2 Реализация "Мультирум" средствами "MediaPortal"

3. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНИ И ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА

3.1 Анализ условий труда в учебной лаборатории

3.2 Техника безопасности в учебной лаборатории

3.3 Гигиена труда и производственная санитария в учебной лаборатории

4. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Описания характеристик программного продукта и рынка сбыта

4.2 Расчет расходов на разработку программного продукта

4.3 Оценка уровня конкурентоспособности нового ПП

4.4 Анализ риска ПП

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ВВЕДЕНИЕ

Понятие "Интеллектуальный дом" было сформулировано Институтом интеллектуального здания в Вашингтоне в 70-е годы прошлого века. Это - здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства. Концепция системы "Интеллектуальный дом" предполагает новый подход в организации жизнеобеспечения человека, при котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность всех систем эксплуатации и исполнительных устройств, обеспечивающих комфортные условия.

Система Мультирум обеспечивает единую мультимедийную среду на всем пространстве "умного дома". С системой Мультирум музыка может сопровождать пользователя по всем помещениям, где установлены элементы комплекса - из кабинета в столовую, потом на кухню, в ванную, даже на лужайку перед домом или на балкон. Если система Мультирум содержит средства вывода изображения, то возможно повсюду смотреть видео. Компьютер будет отслеживать перемещение и переключать телевизионный сигнал с экрана в одном помещении на экран в другом, не прерывая трансляции.

Рассматривая функции системы Мультирум можно выделить: распределение аудио и видеосигналов в некотором помещении или за его пределами, дистанционное и автоматическое управление мультимедийной информацией, оповещение пользователя об изменениях и состоянии системы.

Такая функциональность формирует состав системы: одного комплекта серверной аппаратуры (блок управления, процессор, контроллер) и нескольких аудио/видео систем, соединенных с сервером по информационным шинам.

"Интеллектуальный дом" за счет унификации и построения единой среды обмена данными и использования позволяет упростить и оптимизировать управление мультимедийными системами.

Целью данной дипломной работы является разработка и оптимизация программного обеспечения для системы Мультирум в составе с системы "Умный дом".

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Анализ задания

Вопросам оптимизации системы "Умный дом" и её составляющих посвящено множество работ. Но поставленное задание определяет направление исследования - оптимизацию системы Мультирум в системе "Умный дом".

Особенностью системы является создание на её основе аналога системы умного дома[1]. Мультирум можно связать с домашним компьютером (и, например, слушать музыку или смотреть видео в любом помещении), подключить к сети интернет (и, например, использовать её для уведомления о новой электронной почте, также система может произнести голосом заголовки полученных писем или даже их текст), использовать её как систему голосового оповещения, органайзер, громкую связь мобильного или домашнего телефона, настроить управление домофоном.

Важнейшей составляющей оптимизации такой системы является программная составляющая, и, в частности, разработка программного обеспечения для управления мультимедийными системами и информацией.

В первую очередь необходимо рассмотрение структур и принципов работы системы. Программное обеспечение должно быть легким в управлении и максимально функциональным. Необходимо осуществить возможность использования мультимедийной информации из различных источников. Достижение поставленных задач может быть осуществлено правильной настройкой системы.

1.2 Система "Умный дом"

Понятие "умный дом" было впервые использовано в 1970 году в американском "Институте интеллектуального здания" (Вашингтон). В то время его формулировка звучала так: "Умный дом - здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего и жилого пространства". Сегодня, благодаря развитию бытовой электроники, "умным" считается жилое помещение обеспечивающее комфорт своих обитателей автоматически.

Предпосылки к автоматизации домашнего быта и интерактивному управлению различными функциями жилища восходят к давним временам. К ним можно отнести, и венецианские дворцы с дистанционно управляемой системой подачи вина в фонтаны, и более поздние кухонные лифты - своеобразные предтечи техники электронных "умных домов".

Основа "умного дома" заключается в возможности коммуникации домашних устройств между собой и их взаимодействия с внешним миром при минимальном участии человека. Идеальный "умный дом" подразумевает такой уровень автоматизации, чтобы например при наступающем ухудшении погоды домашняя метеостанция не только давала пользователю прогноз, но и передавала команды сервисным системам, которые в свою очередь обогреют (провентилируют) дом до комфортных температур, накроют защитной крышей бассейн, включат в саду фонари или поливалки. Построить идеальный (или близкий к идеалу) "умный дом" - удовольствие дорогое и большинству рядовых граждан недоступное, нечто среднее между научной фантастикой и бессмысленной роскошью[2]. Неудивительно, что самый знаменитый "умный дом" принадлежит Биллу Гейтсу, который много лет подряд был самым богатым человеком в мире. Однако, для того чтобы заставить свой дом "поумнеть", не обязательно сначала заработать свой первый миллиард, ибо основные компоненты системы, по сути, довольно просты. Из множества придуманных для "умных домов" функций и систем на сегодняшний день реализовано далеко не все. Некоторые наиболее сложные и дорогостоящие компоненты не часто встречаются даже в жилищах миллиардеров, а вот энергосберегающие и "зеленые" системы уже поселились даже в обычных домах и квартирах. Так, интеллектуальные системы климат-контроля, освещения и управления жалюзи поддерживают в каждом помещении необходимую именно там температуру и освещенность. Этот подход позволяет сократить потребление электроэнергии и уменьшить выбросы CO2 в окружающую среду. Кстати, именно с энергосберегающих функций технологии "умных домов" некогда начали свое вторжение в жизнь обычных людей. Сначала в офисах, гостиницах, торговых центрах появились элементарные приборы вроде датчиков движения, включающих свет только тогда, когда кто-то входит в комнату. Потом стали внедряться в обиход электронные системы безопасности, интерактивные информационно-справочные терминалы, а также аудиосистемы мультирум (рис 1.1). Все многообразие систем "умного дома" можно разделить на несколько крупных комплексов. Каждый из них поддерживается собственным оборудованием, но при этом в той или иной мере взаимодействует с компонентами других аппаратных комплексов.

Рисунок 1.1 - Схема системы "Умный дом".

Мультирум

Назначение этого блока устройств - обеспечение единой мультимедийной среды на всем пространстве "умного дома". С системой мультирум музыка будет сопровождать вас по всем помещениям, где установлены элементы комплекса - из кабинета в столовую, потом на кухню, в ванную, даже на лужайку перед домом (если у вас коттедж) или на балкон (если речь идет о городской квартире). Если система мультирум содержит средства вывода изображения, то вы сможете повсюду смотреть любимый сериал, фильм или просто программы цифрового телеканала. Компьютер будет отслеживать ваше перемещение и переключать телевизионный сигнал с экрана в одном помещении на экран в другом, не прерывая трансляции.

Освещение

Первые опыты по "интеллектуализации" бытовых приборов были связаны именно с освещением: электроэнергия со временем становится все дороже, требуется ее все больше, и при этом люди расходуют киловатт- часы все более небрежно. Если вам лень постоянно включать-выключать свет, "умная" техника, оборудованная комбинированными датчиками движения и освещенности, сумеет сделать все за вас. Вы входите в комнату - в ней загорается свет. Вы покидаете помещение - через заданный промежуток времени свет в нем автоматически выключается. Для многофункциональных помещений - скажем, для гостиной, совмещенной с рабочей зоной, - система позволяет создавать различные программы[3]. Для работы она включит вам лампу над столом, во время просмотра домашнего кинотеатра обеспечит приятный полумрак, а для шумной вечеринки может предоставить даже светомузыку. Если, конечно, эти возможности были заложены в нее на стадии проектирования.

Климат-контроль

Главная задача этого элемента "умного дома" в западных странах - управление системами отопления. Зачем прогревать жилые помещения зимой, если хозяева на пару дней уехали покататься на горных лыжах? Система отопления будет переведена на минимальную мощность и снова заработает в полную силу за несколько часов до возвращения обитателей "умного дома". Весьма полезно также управление теплыми полами. Если вы настроите их на включение, скажем, за 5 минут до звонка будильника, то принимать утренний душ сможете комфортом - прыгать по холодному полу в ванной комнате не придется. А на ночь (и на дома) система отключится, сберегая электроэнергию и ваши денежки. В России, где "неуправляемое" центральное отопление распространено повсеместно, интеллектуальный климат-контроль требуется в первую очередь летом - чтобы контролировать работу кондиционеров. Совсем необязательно весь день расходовать энергию и ресурсы кондиционера на проветривание комнаты, в которой никого нет! "Умный" климат-контроль подготовит комфортную атмосферу к тому моменту, когда вы вернетесь с работы. Систему можно программировать по часам или включать дистанционно, например, отправив "умному дому" перед выходом из офиса электронное письмо или SMS. Но это лишь одна из функций удаленного управления.

Удаленное управление

Возможность дистанционного управления "умным домом" закладывается в архитектуру системы практически всегда. Оно может быть организовано по-разному: в виде телефонного голосового меню, интернет-страницы с доступом к тем или иным функциям; наконец, в виде SMS-портала, понимающего текстовые команды. К сожалению, все полнофункциональные системы этой категории довольно дороги. Удаленное управление чаще всего реализуется для систем безопасности: если вы можете, находясь в отпуске, отвечать на звонки по домофону, вероятность того, что ваше отсутствие вычислят злоумышленники, резко снижается.

Медиацентр

Это "сердце" системы мультирум, наиболее полезная в быту деталь интеллектуального дома, давно заслужившая популярность среди любителей цифровых технологий. В медиацентре (еще их называют медиасерверами) хранятся все мультимедийные данные: фильмы, аудиофайлы, "координаты" каналов IPTV и обычного кабельного телевидения. Аппаратной основой медиацентра может быть как обычный мультимедийный ПК, так и дорогой фирменный моноблок, специально предназначенный для выполнения соответствующих функций. Многие из таких устройств поступают в продажу с жестким диском, полным музыкальных записей. Медиацентр позволяет избавиться от полок и стопок с кассетами и дисками, а также в максимально удобной форме хранить сведения о фонотеке и видеотеке, позволяет легко находить и сортировать медиаданные... Кроме того, некоторые медиасерверы способны взаимодействовать с Интернетом, самостоятельно скачивать и обмениваться видео- и аудиофайлами и даже вести IP-трансляцию. В общем, они делают все, что должен делать хороший мультимедийный компьютер, но при этом выглядят и "ведут себя", как бытовые приборы "заточенные" под развлечения.

Системы безопасности

Хорошие системы безопасности позволяют управлять разграничением доступа в помещения. Конечно, эта функция актуальна лишь в больших домах или в офисах - согласитесь, ставить электронные замки на двери в двухкомнатной квартире ни к чему. Также распространено управление домофоном с любого мультирумконтроллера в квартире. Это значит, что посмотреть, кто к вам пришел, вы сможете из любой комнаты, где установлен соответствующий терминал. А с помощью универсального пульта - сразу же впустите желанного гостя. И не нужно будет лишний раз идти к дверям. Вместе с системами безопасности нередко поставляются системы "имитации присутствия", контролируемые и управляемые удаленно. Они в заданном режиме или по команде зажигают и гасят свет в комнатах, поднимают и опускают шторы, включают музыку, поддерживая иллюзию того, что "у вас все дома", у соседей и любопытствующих прохожих.

Кабельная инфраструктура

Это само собой разумеющийся "невидимый" компонент, без которого все остальные попросту не смогли бы работать. Цифровым устройствам "умного дома" необходимо общаться между собой в электронном формате. Для этого все они подключаются к единой информационной инфраструктуре дома. В ее основе могут лежать различные сетевые технологии. Самые дешевые варианты электронных домов использует для коммуникации устройств протокол X10, разработанный еще в 70-х годах прошлого века. Этот стандарт поддерживает всего шесть команд, но элементарным устройствам большего функционала и не требуется. Самый весомый плюс в использовании Х10 - отсутствие необходимости прокладывать отдельные провода: сигналы управляющих устройств в этом случае передаются через обычную электросеть. Нужные розетки и выключатели просто меняются на "интеллектуальные" или же модули X10 вставляются в них, как тройники или удлинители. Устройства Х10 широко представлены на рынке и редко превышают по стоимости две тысячи рублей. Основные устройства для этой сети делятся на две группы.

Командные устройства. В эту категорию входят всевозможные сенсоры, посылающие в сеть различные команды в зависимости от температуры, освещенности, влажности и т.д., а также таймеры и преобразователи сигналов от инфракрасных пультов и других источников управления.

Устройства-исполнители Они бывают двух типов: приборные (appliance module) и ламповые (lamp module), которые также называются диммерами[4]. Первые умеют только включать и выключать напряжение, вторые же способны регулировать мощность плавно и используются, например, со светильниками и нагревательными приборами. Технику, потребляющую электроэнергию импульсами (компьютеры и большинство бытовой электроники), к ним подключать нельзя.

Шинные протоколы

Помимо примитивного протокола Х10, при организации "умных домов" используется ряд шинных протоколов - они называются так потому, что в отличие от Х10 используют для передачи данных отдельные кабельные линии и беспроводные каналы. В основе "умного дома" может лежать сеть на основе технологии Ethernet. Передача данных в ней осуществляется с помощью специальных протоколов: EIB (European Installation Bus), Clipsal C-Bus, LonWorks, HART и др. По сравнению с Х10 такое решение обладает несравненно большей функциональностью: к примеру, с ее помощью можно организовать полноценное видеонаблюдение. Однако по причине дороговизны соответствующего оборудования в нашей стране такие сети сейчас используются в основном для управления офисными и промышленными помещениями. Для бюджетного "умного дома" пригоден "гибридный" вариант организации коммуникаций: цифровые мультимедийные устройства соединяются между собой локальной (проводной или беспроводной) сетью, в то время как домофон, датчики и пульты управления подключаются по протоколу Х10.

Видеокоммуникации

Часто эта функция представляет собой "довесок" к одной из наболее важных систем - к мультируму, системе безопасности или внутренней локальной сети. В любом случае назначение системы понятно из ее названия, она позволяет связываться с разными точками дома или квартиры по информационным сетям и выводить аудио- и видеосигнал на обычные телевизоры или терминалы интеркома. Простейший пример бытовой видеокоммуникационной системы хорошо знаком современным молодым родителям. Это "видеоняня" - микрокамера, которая устанавливается над колыбелью младенца и передает видеосигнал на переносной пульт или обычный телевизор, позволяя матери следить за ребенком из другой комнаты, не отрываясь от своих дел.

Системы "Умный дом" становятся все более функциональнее, надежнее, комфортнее, а главное доступнее. И причем не обязательно тратиться на полный спектр возможностей сразу, можно ставить любые отдельные компоненты на выбор. А возможности нынешних систем ограничиваются только фантазией. К тому - же установив интеллектуальную систему или ее компоненты в квартире, доме или в любом другом помещении стоимость этих квадратных метров возрастает во много раз. А вложение средств в недвижимость всегда остается очень выгодным.

Любая система "умный дом" состоит из датчиков, через которые поступает информация, и исполнительных устройств. Как простейший пример можно взять дверцу холодильника, при открывании которой загорается лампочка. Кнопка, которая замыкается при открывании это датчик, лампочка это исполнительное устройство. Все очень просто. Также в состав "интеллектуальных систем" входят и программируемые устройства. В них какое-то действие наступает в определенное время. Например программируем будильник на шесть утра и действие произойдет в назначенное время. Либо по прошествии какого - то определенного промежутка времени. Ставим таймер на три минуты и микроволновка сама выключится по заданной нами программе. Если датчики соединить с запрограммированными устройствами, то получатся более сложные приборы. На этих простых принципах построена работа всех интеллектуальных систем.

Поставив в доме отдельные компоненты таких систем, они конечно будут работать и выполнять свои функции, но это по большому счету не будет являться полноценной интеллектуальной системой. Поскольку выполняться будут только отдельные команды, вне зависимости друг от друга. Что - бы система работала согласованно все ее компоненты должны быть подключены к единому процессору, который и будет следить за всеми приборами в квартире одновременно. Представим, при выходе из дома вы подаете системе команду о своем уходе. В зависимости от формы решения это может быть набор команды на сенсорном дисплее, либо просто нажатие кнопки на пульте дистанционного управления. Конечно при уходе можно вообще ни чего не нажимать, а понаставить датчиков которые сами определят что вас нет дома. Все зависит от финансовых возможностей и привычек. И процессор переходит к выполнению определенной программы, которая отличается от той когда хозяин дома. Самый понятный пример, при звонке на домашний телефон происходит переадресация на мобильный. Этого не произойдет если вы находитесь дома и система знает об этом, то есть команда об уходе не подавалась. Но смысл в том, что ваш дом будет поступать разумно, в зависимости от поступающей на центральный процессор информации от десятков или сотен различных датчиков, которые следят за всем что происходит в вашем доме.

А вот соединение всех датчиков и исполнительных устройств в одну систему представляет определенную сложность. Представьте себе сотню проводов опутывающую вашу квартиру или дом (кстати сейчас уже существуют беспроводные системы). Существует несколько типов интеллектуальных систем "умный дом" и принципиальное отличие их друг от друга заключается именно в способах соединения.

На Западе уже давным-давно решили проблему хаотичности бытовых приборов, более того, внедрили массу новых полезных функций, которые кажутся нам на грани фантастики. Например, есть системы, реагирующие на голос владельца, с помощью которых можно включить и выключить в доме свет, привести в движение жалюзи. При появлении в доме хозяев начинают работать кухонные приборы, музыкальный центр в гостиной и кондиционер в спальной одновременно. Все это называется "умный (или „интеллектуальный") дом". Теперь такое "чудо" можно приобрести и в нашей стране. "Умных домов" у нас пока немного - рынок интеллектуального жилья только формируется. Однако, по мнению специалистов этот сегмент очень перспективен. Об этом свидетельствует и западный опыт.

В некоторых странах уже реализуются масштабные hi-tech проекты. Квартал типовых коттеджей Tunnel Wood Road был построен в одном из пригородов Лондона компанией Laing Home в 2000 г. Каждый дом оснащен новейшими системами интеллектуального управления и современными линиями связи. Управлять сигнализацией, кондиционированием, вентиляцией, электропитанием и другими системами хозяин коттеджа может на расстоянии - с помощью мобильного телефона или через Интернет.

Одной из "изюминок" проекта считается специальная система, контролирующая наличие в доме продуктов и обеспечивающая пополнение продовольственных запасов - т.е. "умный холодильник". Хозяину дома, после получения сообщения о том, что продукты на исходе, достаточно было заказать их в Интернет-магазине, получить уникальный код и сообщить его службе доставки. Дальше - дело техники. Курьер доставит продукты, наберет код на внешней дверце холодильника (она расположена снаружи дома) и поместит заказ внутрь. После чего домовладельцу (по электронной почте или на мобильный телефон) будет отправлено сообщение о благополучной доставке заказа, а использованный код авторизации "сгорит".

Домашняя автоматизация - это совокупность оборудования и различных методов его применения, которая изменит стиль вашей жизни, создаст вам удобства и комфорт, обеспечит вашу безопасность. Домашняя автоматизация объединяет в единую систему управление освещением, аудио- и видеоаппаратурой, сигнализацией и средствами безопасности, системой обогрева и кондиционирования воздуха, отоплением и водопроводом и многим другим. Она позволит вам сделать дом активным партнером в вашей стремительной жизни.

Упрощенно - центральный микроконтроллер (или компьютер) принимает сигналы от командных устройств, затем передает эти сигналы исполнительным модулям и системам в доме, которыми вы хотите управлять. Центральный микроконтроллер, как постовой на перекрестке, регулирует прохождение сигналов по системе автоматизации. Исполнительные модули и системы получают команды по обычной электросети, по инфракрасному или радиоканалу от микроконтроллера, дистанционного пульта управления, по телефонной линии или Интернет и включают/выключают все, что захотите, свет в коридоре, наружное освещение и освещение аквариума, свет в детской, систему охраны, кондиционирование воздуха, отопление, подачу воды в бассейн или сауну, фонтан во дворе и т. д. Большинство таких устройств просто вставляются в электрические розетки: включил и все работает. Обмен информацией между ними происходит по обычной электрической сети или по радиоканалу. Простейшая система автоматики может управлять 256-ю различными устройствами. Таймеры могут включать и выключать свет и электроприборы в определенное время, даже со случайной задержкой, создавая видимость кипучей жизни в ваше отсутствие.

В широком смысле "Умный дом" это:

- гостиная комната. "Умный дом" может управлять телевизором, видеомагнитофоном, музыкальным центром, радио, настольными лампами, кондиционером, электрокамином, игровыми приставками;

- кухня. "Умный дом" может управлять кофеваркой, чайником, тостером, фритюрницей, СВЧ-печью, грилем, вентилятором и т.д;

- спальня. "Умный дом" может управлять люстрой, настольными лампами, увлажнителем воздуха, вентилятором;

- сад. "Умный дом" может управлять температурой в парнике, водяным насосом, поливочной системой, освещением веранды, уличным освещением, отпугивателем насекомых;

- гараж."Умный дом" может управлять воротами гаража, тестовым автомобильным оборудованием, насосом, зарядным устройством, лебедкой;

- романтическая обстановка. Вы едете домой после посещения ресторана или кинотеатра и хотите создать романтическую обстановку в доме. Для этого вы используете восхитительную новую технологию: звоните домой с сотового и одной кнопкой даете команду домашней автоматике включить программу романтической обстановки. Вы собираетесь войти в дом - распахивается дверь. Свет в гостиной притухает, загорается камин, негромко звучит приятная музыка, пенится теплая ванна...

Трудно называть "схемой" папку как минимум в полсотни листов, поэтому правильнее называть проект "умного дома". Воплощённый однажды где- либо не подойдёт к другим условиям и запросам. Можно лишь позаимствовать какую-то часть и применить для определенных целей, но сводя воедино множество подобных частей, понятно, что выгоднее разрабатывать новую .

Умный дом нужно проектировать параллельно с дизайнерским проектом, на стадии подготовки ремонта или строительства, в противном случае дом будет напоминать паучью сеть из сотни проводов. На готовом дизайнерском проекте должны быть отмечены все светильники, исходя из этого инженер спроектирует проводку для освещения. Дизайнер и инженер должны вместе выработать сценарии всех вариантов подсветок, объединить светильники в группы, определиться с местоположением различных выключателей, чтобы в дальнейшем не возникало проблем с монтажём и прокладкой цепей освещения. В систему освещения можно интегрировать датчики движения, как в этой статье, можно сделать дистанционные ИК выключатели. Если "мозгом" вашего дома будет компьютер, то можно контролировать состояние "умной системы" посредством SMS сообщений отправляемых на ваш мобильный телефон. Сейчас в интернете много различных сервисов по отправке сообщений с компьютера на мобильник, и вполне возможно заложить такую функцию в алгоритмы управления домом. Для обеспечения бесперебойной работы всех устройств потребуется резервный источник питания (возможно не один). Это заряжаемые от сети аккумуляторы большой ёмкости, которые, в случае аварии в электросети или намеренного отключения её, будут поддерживать работоспособность системы. Для компьютера подойдёт всем известный UPS, для датчиков и других устройств подойдёт например СКАТ, обеспечивающий напряжение 12 и 24 В. Различные системы "умного дома".

Концепция "умного дома" заключается в автоматизации многих ежедневных, и не только, бытовых действий. И следовательно увеличении комфортности пребывания в конкретном помещении, будь то квартира, офис или котедж. На сегодняшний день существует множество различных систем и протоколов передачи данных, призванных обеспечить полноценную автоматизацию как зданий целиком, так и отдельных квартир или домов. Существует более двадцати технологий, направленных на создание так называемого "умного дома". Нет смысла упоминать, а тем более подробно рассматривать, их все. Опишем несколько наиболее функциональных и часто встречаемых: LON (LonWorks), X10, и EIB, а также 1-Wire, Beckhoff.

LonWorks

Изначально LON - технологии относятся к распределённым системам "умного дома" и предназначены в основном для обеспечения полноценного климат - контроля в квартирах и зданиях. Здесь стоит вспомнить о сути распределённых систем. Распределённая система - это совокупность независимых друг от друга средств для анализа информации и формирования команд. Отличается она тем, что доступ к управлению подобной сетью можно получить почти из любой точки такой системы ( рис 1.2). Так вот, с помощью архитектуры LON можно осуществлять контроль и регулирование таких функций, как отопление, кондиционирование, вентиляция, увлажнение воздуха, подогрев полов, охранная и пожарная сигнализация и конечно же управление светом. Суть технологии в том, что все инженерные системы объекта обмениваются данными о своём состоянии, выполненных действиях или полученных командах с помощью единой сети по специально разработанному в рамках LonWorks протоколу LonTalk. В качестве физического интерфейса передачи данных часто используется интерфейс, подобный полудуплексному многоточечному последовательному RS-485. На сегодняшний день интерфейс RS-485 является одним из наиболее распространенных стандартов передачи данных на физическом уровне. Очень часто этот стандарт используется в случае необходимости связать между собой несколько различных устройств, выполненных на базе программируемых логических контроллеров. Наравне с RS-232, интерфейс RS-485 нередко применяется и в компьютерной индустрии. С помощью RS-485 можно построить сеть с участием RS-протокола до 255 пар устройств передатчик/приёмник, объединённых в одну сеть. Если же есть необходимость в объединении ещё большего количества устройств, то можно использовать так называемые репитеры (повторители). В таком случае сеть на базе RS-485 можно расширять почти до бесконечности. Системы на основе LonWorks без особых проблем можно связать с сетью Интернет, и с помощью стандартных средств связи осуществлять удалённый контроль и управление любой инженерной системой. По оценкам некоторых экспертов к 2006 г. в мире было установлено около 60 миллионов устройств, "общающихся" между собой по технологии LonWorks. Стоит отметить, что системы на базе LonWorks чаще применяются в больших зданиях и помещениях.

Рисунок 1.2 - Схема создания системы "Умный дом" LonWorks

X10

В качестве ещё одного стандарта, для ознакомления, был выбран X10, это пожалуй самый часто встречающийся стандарт автоматизации в домашних условиях. В качестве физической среды используется, главным образом, существующая электропроводка. Данный протокол и стандарт были разработаны компанией Pico Electronics довольно давно, в 1975 г. для того, чтобы осуществлять удалённый контроль за домашними бытовыми приборами. Под данными в протоколе X10 подразумеваются управляющие сигналы и команды, с помощью которых ваша квартира собственно и становится "думающей". В одну сеть X10 можно связать не более 256 устройств, каждое из которых обладает собственным адресом. Это одна из самых простых систем превращения обычного дома в "умный". За считанные часы (при определённых знаниях электроники) вы сможете сами оборудовать у себя в комнате "умный свет" или научить жалюзи закрываться ровно в десять вечера. По оценкам всё тех - же экспертов к 2006 г. продано более 100 миллионов устройств, которые стали "умными" благодаря технологии X10. Несмотря на то, что у X10 существует множество конкурентов и она имеет свои недостатки, на сегодня это едва ли не самая популярная технология автоматизации домов и квартир. Поскольку для внедрения и возможной последующей модернизации практически не требует прокладки дополнительных сетевых проводов.

EIB

В случаях когда помещение своими размерами не напоминает завод или фабрику, чаще используют EIB - технологии. EIB (European Installation Bus), как это ясно из названия эта система разработана и распространена в Европе. Возможности EIB почти те же самые, что и LonWorks. Управление и контроль за всеми происходящими в сети процессами также осуществляется с помощью одной общей линии. У EIB довольно широкие возможности по расширению и перепрограммированию отдельных элементов уже функционирующего на базе EIB "умного дома". Это удобно в тех случаях, когда предпологается добавление новых устройств.

У каждой из перечисленных технологий, есть как достоинства, так и недостатки. Суть недостатков, подчас, понятна лишь специалистам в этой области, но основная проблема очевидна. Это несовместимость технологий, приборов, техники, а также - в ряде случаев - плохие возможности по расширению и модернизации системы. С вопросами совместимости мы сталкиваются каждый день. Например, мы думаем о том, совместима ли материнская плата и видеокарта при сборке компьютера, совместим ли покупаемый диск с установленным у нас приводом оптических дисков. Примеров множество. Так вот, дело в том, что этой участи не избежали и производители приборов технологий для "умного дома". Тут такая же неразбериха. Да, конечно, вы можете, взвесив все за и против, выбрать какую - то одну "умную" технологию или связку из двух - трёх совместимых, и получить на их базе замечательно функционирующую систему "умного дома". Но через пару лет рынок изменится, появятся новые технологии, и не факт, что вы сможете легко интегрировать их в уже существующую у вас систему.

1.3 Система Мультирум

Мультирум - это система распределения звука и видео, которая может охватывать большое количество отдельных помещений: гостиные, спальни, кухни, ванные комнаты и даже кладовки, в зависимости от пожеланий владельца дома или квартиры. Система Мультирум может быть использована не только в помещении, но и выходить за пределы дома, обеспечивая "ландшафтное озвучивание" приусадебного участка во время летней вечеринки! При этом нет необходимости вытаскивать на улицу колонки, усилители, CD-ченжджер, достаточно лишь нажать клавишу на сенсорной панели системы Мультирум ( рис 1.3).

Рисунок 1.3 - Ассортимент панелей управления.

Достоинства системы мультирум заключаются в том, что для качественного звучания музыки в любой части дома не нужно устанавливать комплект аппаратуры в каждой комнате: достаточно одного комплекта. Причем место расположение этого комплекта не имеет значения, он может находиться, к примеру, в гостиной или подсобке. Кроме того: ни в одном из охваченных системой зон не видно ни проводов, ни корпусных колонок. Кабели Мультирум заранее проложены в стенах, а встраиваемые акустические системы выдают свое присутствие разве что круглыми или прямоугольными окошками сетчатых грилей, встроенных заподлицо в подвесной потолок или стены. Система мультирум не смогла бы получить столь широкую популярность, если бы не имела такие достоинства, как широта возможностей и управление из любой точки помещения. При помощи кнопочной или сенсорной панели Мультирум можно включить или выключить любой источник аудио или видео, выбрать желаемый музыкальный трек или аудио фрагмент, а также установить необходимую громкость воспроизведения, а при желании - отрегулировать тембр звучания. Также возможности системы Мультирум позволяют повторно воспроизводить любую мелодию, позволяют задать программу проигрывания диска, установленного в лоток CD- или DVD-плейера, который находится в другой комнате, или выбрать соответствующий настроению плей-лист. Ещё один большой плюс системы Мультирум является возможность проигрывания музыки с аудио сервера (организованного с помощью обычного компьютера и беспроводной сети), фактически можно проигрывать музыку непосредственно с жёсткого диска компьютера.

Основные компоненты системы Мультирум:

- коммутаторы аудио и видео сигналов;

- настенные кнопочные панели управления;

- пульты дистанционного управления (рис.1.4);

- акустические системы.



Рисунок 1.4 - Современный пульт дистанционного управления Мультирум.

Мультирум может работать как с одним источником звука, так и с несколькими, управляя раздельно параметрами сигнала в каждой зоне. Количество зон может исчисляться десятками.

Распределяя видео сигнал и звук по нескольким зонам, Мультирум позволяет избежать оснащения дополнительными видео воспроизводящими системами и спутниковыми тюнерами всех помещений, в которых установлено проекционное оборудование.

Управление системой Мультирум производится с помощью стационарных (настенных, настольных) кнопочных панелей, пульта дистанционного управления или сенсорных панелей системы "Умный дом".

Мультирум позволяет использовать аудио- и звуковоспроизводящую аппаратуру различных производителей, руководствуясь при выборе оборудования, их качественными или стоимостными параметрами. При этом обеспечивается возможность полного управления источником аудио видео сигнала из каждой зоны, от регулирования громкости до переключения каналов ТВ-тюнера или выбора нужной записи на CD плеерах.

К системе Мультирум возможно подключение многоканальных аудио-серверов, способных хранить большое количество музыкальных файлов. С помощью системы "Умный дом" можно создавать наборы любимых мелодий, записанных на этом сервере, и воспроизводить их в зависимости от настроения хозяина или конкретной жизненной ситуации (например в режиме "Гости").

Работа Мультирум в составе системы "Умный дом" позволяет дистанционно управлять распределением аудио и видео сигналов по всем помещениям ( рис1.5).

Рисунок 1.5 - Типовая схема системы Мультирум

Центральным блоком системы Мультирум является (контроллер или процессор), который обычно устанавливается в общей аппаратной стойке с другим аудио и видео оборудованием дома. К этому центральному блоку подключаются все источники, а также информационная шина, по которой поступают сигналы управления с локальных панелей. Сам же центральный блок служит для коммутации аудио сигналов (и видео сигналов, если это предусмотрено в проекте). От блока управления отходят слаботочные кабели, несущие сигнал в каждую зону. Зональные усилители системы Мультирум обычно представляют собой относительно компактные устройства, расположенные поблизости от встроенных колонок, т.е. в каждой зоне. Их прячут за фальшпотолком, в стенных нишах и пр. Иногда - частично в аппаратной стойке, для чего выбирают модели стандартных стоечных габаритов с привлекательным внешним оформлением.

В качестве центрального блока выгоднее всего использовать персональный компьютер. Такой вариант позволит максимально эффективно управлять периферийными мультимедийными устройствами, оставив возможность дополнения системы и переорганизации системы по желанию пользователя.

Прежде всего надо понять, будет ли MultiRoom однозонным или многозонным. Однозонный мультирум позволяет слушать музыку по всему дому, несмотря на то, что может быть выбран только один источник для прослушивания в одной из комнат.

Звук в каждой комнате может регулироваться независимо, но если в первой комнате выбрано радио FM, то во второй комнате также придется слушать FM. Если во второй комнате выбор пал на DVD, то и в первой комнате автоматически включится DVD.

Многозонная система позволяет использовать различные источники одновременно в нескольких комнатах или группе комнат, зоны становятся независимыми. И если в первой зоне используется FM, то во второй можно "запросто" выбрать DVD. Управление подобной системой происходит с помощью настенных или настольных кнопочных панелей или тачскринов. Каждая такая панель может воспринимать команды с пульта дистанционного управления. Число зон в системах некоторых производителей достигает шестнадцати. Чтобы полностью оценить возможности подобных решений часто устанавливают несколько однотипных источников сигнала, например, несколько DVD или CD-проигрывателей, которые могут с помощью медиасервера использоваться из разных комнат разными людьми.

Системы MultiRoom не налагают ограничений на используемые в комплексе с ними источники сигнала и акустические системы. Громадное разнообразие производителей аппаратуры не является препятствием: Мультирум -- система самообучающаяся. Пользователь свободен в выборе -- любые треки на DVD-диске, конкретные программы телевидения, причем можно одновременно управлять и видео-, и аудио- сигналами. Переключение сигнала аудио автоматически следует за переключением видео в какую-либо зону. Система способна, если это требуется, зайти в интернет и получить там интересующую информации об альбоме и исполнителе проигрываемой в данный момент музыкальной записи. Для хранения музыкальных произведений MultiRoom использует многозонные аудиосерверы. Существует возможность выбора и настройки планов звучания, например, приглушение громкости при поступлении телефонного вызова.

Стоимость MultiRoom включает цену оборудования и его инсталляции. Простейшие системы (рис.1.6) обходятся в 3000 долл. Верхний предел зависит только от пожеланий заказчика к устанавливаемому решению. Среди наиболее популярных на украинском рынке систем MultiRoom можно назвать продукцию компаний Crestron, Russound, AudioAccess, ADA, SpeakerCraft, Imerge, Opus.

Рисунок 1.6 - Типовой комплект оборудования: медиасервер, коммутатор, FM-тюнер.

Функциональные возможнасти системы Мультирум можно обозначить:

- источники сигналов находятся в одном помещении. Нет необходимости в каждую комнату устанавливать отдельную аудио- или видеосистему. Достаточно комплекта акустики, телевизора и устройства управления.

- разделение дома на зоны (рис.1.7). Зона - это одна или несколько комнат (или любое другое пространство, например двор, где можно разместить ландшафтную акустику в виде камней). Количество зон зависит от потребностей пользователя. Возможна группировка несколько помещений в одну зону. Допустим в доме - 10 помещений, пятизонной системы вполне достаточно. По два помещения в одной зоне. Например:

-кухня, столовая;

-гостиная, прихожая;

-спальни;

-двор и зимний сад.

Рисунок 1.7 - Схема разделения дома на зоны.

Выбирая для прослушивания СD-проигрыватель в 1-ой зоне, в кухне и столовой можно прослушать любимый компакт-диск.

В это время во 2-ую поступает сигнал от другого источника, например, от тюнера. И так далее по зонам. Причем, система может выключать подачу сигналов в зоны или какой-либо её части, а так же, позволяет регулировать уровень звука не только зонально, но и отдельно по каждой комнате.

Многокомнатная система может иметь до 16 источников сигнала: DVD- и СD- проигрыватели, видеомагнитофоны, ресиверы спутникового телевидения, тюнеры и пр.

Существуют разные варианты многокомнатных систем. Они различаются по своим функциональным особенностям и соответственно, по стоимости.

Простые позволяют включать/выключать источник в каждой из зон, а также регулировать уровень громкости.

В более сложных возможен выбор источника, функции выбора диска звуковой дорожки, радиостанции.

В состав еще более сложной системы включен Музыкальный сервер, представляющий собой жесткий диск, где в удобном формате хранится музыкальная коллекция. С его помощью удобнее становится доступ к любимым альбомам и композициям, и объем музыкального материала становится немного больше. Можно самому составлять списки воспроизведения, а при необходимости легко их менять.

Главное отличие многокомнатных систем от всей другой hi-end аппаратуры - возможность удаленного управления.

Список функций Мультирум - это не только развлекательные приложения, а еще и масса служебных функций.

Например, при телефонном звонке или звонке с домофона приглушается музыка. Сам звук звонка или с домофона может быть выведен на те же акустические системы, а изображение - на телевизор или плазменную панель.

Для конкретных систем разного уровня этот список свой, т.к. каждая из них индивидуальна, а значит должна удовлетворять различным требованиям.

В каждой комнате, где есть телевизор, можно выбирать каналы вещательного и спутникового TV и управлять ресивером, который находится в техническом помещении[5].

В любом помещении дома может быть свой источник звука: радио, телевизор, проигрыватель компакт-дисков, - либо единый, транслирующийся с центрального устройства. Просматривая телепередачу в одной комнате нет риска пропустить наиболее интересные моменты, если срочно необходимо выйти в другую, а звонящий человек имеет все шансы быть услышанным. Система Мультирум распределяет аудио и видео сигнала в любую комнату так, чтобы пользователь мог видеть изображение и/или слушать музыку, а также управлять ими из любого "уголка" дома, независимо от места расположения воспроизводящего оборудования.

Есть множество источников видеосигналов, но требуется централизованне управление и распределение то система Мультирум может распределять аудио и видео сигналы таким образом, чтобы пользователь мог слушать музыку и видеть изображение, а также управлять ими в любой части дома, независимо от того, где установлено воспроизводящее оборудование.

Множество комнат с медиа-устройствами, не связанных между собой, подразумевает также отдельное управление ими. Система Мультирум, основанная на принципе централизованного хранения аудио-видеоинформации на всевозможных носителях, позволяет как централизованно распределять ее, так и удаленное управление носителями.

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Разработка системы Мультирум

2.1.1 Анализ входных данных

Входными данными являются:

- ПК ( технические характеристики );

- программное обеспечение;

- аппаратное обеспечение;

- функциональные требования;

- технические характеристики системы.

Для разработки и оптимизации системы Мультирум в первую очередь необходимо определиться с требованиями к системе. В данном случае - беспроводное управление мультимедийными системами и информацией, в том числе из удаленных сетевых ресурсов.

Одной из составляющих требований к системе является выбор аппаратного и программного обеспечения, характеристики интернет-соединения и ПК.

ПК выполняет функции медиа-сервера, коммутатора и тюнера. Такой выбор предоставит дополнительные возможности по настройке системы без принудительного изменения технической составляющей. ПК является наиболее универсальным и экономически выгодным устройством. Нет необходимости разрабатывать специальные приборы управления и контроля - достаточно воспользоваться компьютером средних характеристик ( одноядерный процессор, ОЗУ не менее 512 Мб, видеокарта не менее 64 Мб, 100 Мб на жестком диске ).

Программное и аппаратное обеспечение будут выбраны в следующем разделе.

Характеристики ПК:

- модель процессора: Intel® Celeron® Processor 220 : 1.2 GHz

- ОЗУ 2 Гб DDR2;

- жесткий диск 250 Гб;

- модель видеокарты SiS 351 Mirage 3, 256 Мб;

- тип опического привода DVD-RW;

- сетевой адаптер 100 Мбит.

Функционально требуется выполнение:

- использование стандартных функций управления данными;

- дистанционное управление;

- поддержка современных стандартов данных мультимедиа;

- работа с файлами в сети;

- возможность развития программного обеспечения.

2.1.2 Беспроводные способы управления

Управление системой "Умный дом" может происходить двумя глобальными способами: по проводному каналу связи и по беспроводному каналу.

Исходя из поставленного задания проводной метод не рассматривается.

Беспроводное управление может происходить с помощью таких стандартов:

- WiFi;

- Bluetooth;

- ZigBee;

- IrDA;

- радио-канал.

WiFi. Обычно схема Wi-Fi сети содержит не менее одной точки доступа и не менее одного клиента. Также возможно подключение двух клиентов в режиме точка-точка (Ad-hoc), когда точка доступа не используется, а клиенты соединяются посредством сетевых адаптеров "напрямую". Точка доступа передаёт свой идентификатор сети (SSID) с помощью специальных сигнальных пакетов на скорости 0,1 Мбит/с каждые 100 мс. Поэтому 0,1 Мбит/с -- наименьшая скорость передачи данных для Wi-Fi. Зная SSID сети, клиент может выяснить, возможно ли подключение к данной точке доступа. При попадании в зону действия двух точек доступа с идентичными SSID приёмник может выбирать между ними на основании данных об уровне сигнала. Стандарт Wi-Fi даёт клиенту полную свободу при выборе критериев для соединения.

По способу объединения точек доступа в единую систему можно выделить:

Автономные точки доступа (называются также самостоятельные, децентрализованные, умные)

Точки доступа, работающие под управлением контроллера (называются также "легковесные", централизованные)

Бесконтроллерные, но не автономные (управляемые без контроллера)

Преимущества Wi-Fi:

- высокая скорость передачи данных;

- излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных на два порядка (в 100 раз) меньше, чем у сотового телефона.

Недостатки Wi-Fi:

- частотный диапазон и эксплуатационные ограничения в различных странах неодинаковы;

- высокая стоимость аппаратно-программного обеспечения системы управления;

- на рынке не присутствуют бюджетные версии систем на Wi-Fi.

Использование в промышленности технологии Wi-Fi предлагается ограниченным числом поставщиков. Так, Siemens Automation & Drives предлагает Wi-Fi-решения для своих контроллеров SIMATIC в соответствии со стандартом IEEE 802.11g в свободном ISM-диапазоне 2,4 ГГц и обеспечивающем максимальную скорость передачи 11 Мбит/с. Данные технологии применяются в основном для управления движущимися объектами и в складской логистике, а также в тех случаях, когда по какой-либо причине невозможно прокладывать проводные сети.

Bluetooth. Производственная спецификация беспроводных персональных сетей (англ. Wireless personal area network, WPAN). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между устройствами на надёжной, недорогой, повсеместно доступной радиочастоте для ближней связи. Bluetooth позволяет устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе от 1 до 10 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

Преимущества Wi-Fi:

- низкая стоимость;

- возможность связи через препятствия.

Недостатки Wi-Fi:

- низкая дистанция связи;

- конфликты программного обеспечения с системой ПК;

- высокие потери.

ZigBee. Набор сетевых протоколов верхнего уровня, использующих маленькие, маломощные радиопередатчики, основанные на стандарте IEEE 802.15.4. Этот стандарт описывает беспроводные персональные вычислительные сети (WPAN). ZigBee нацелена на приложения, которым требуется длительное время автономной работы от батарей и высокая безопасность передачи данных, при небольших скоростях передачи данных.

Основная особенность технологии ZigBee заключается в том, что она при относительно невысоком энергопотреблении поддерживает не только простые топологии беспроводной связи ("точка-точка" и "звезда"), но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений.

Области применения данной технологии -- это построение беспроводных сетей датчиков, автоматизация жилых и строящихся помещений, создание индивидуального диагностического медицинского оборудования, системы промышленного мониторинга и управления, а также при разработке бытовой электроники и персональных компьютеров.

Преимущества:

- высокая эффективность передачи информации;

- низкое энергопотребление;

Недостатки:

- высокая стоимость;

- необходимость специальной технической поддержки.

IrDA. Группа стандартов, описывающая протоколы физического и логического уровня передачи данных с использованием инфракрасного диапазона световых волн в качестве носителя.

Является разновидностью атмосферной оптической линии связи ближнего радиуса действия.

Была особо популярна в конце 1990-х начале 2000-х годов. В данное время практически вытеснена более современными способами связи, такими как WiFi и Bluetooth. Вопреки распространенному мнению, основной причиной отказа от IrDA была вовсе не низкая скорость передачи данных, а ограниченная дальность действия и требования прямой видимости пары приемник-передатчик.

Скоростные возможности, напротив, до сих пор, немного превышают, например, возможности самой распространенной, на сегодняшний момент, версии протокола Bluetooth (спецификация 4.0).

IrDA спецификации включают в себя IrPHY (SIR, MIR, FIR, VFIR, UFIR), IrLAP, IrLMP, IrCOMM, Tiny TP, IrOBEX, IrLAN, IrSimple и IrFM.