Name: Умный дом. Часть седьмая
Item: Умный дом. Часть седьмая
Author: Admin

В этом обобщающем выпуске подведем итог под рассмотренным ранее материалом. Начнем с общей концепции построения, которая в основном была рассмотрена в первой части.

Основной идеей является интеграция в сеть всех устройств и в тоже время сохранение возможности их автономной работы. На сегодняшний день не существует единых стандартов для построения систем «умного дома», но, тем не менее, благодаря развитию сетевых технологий, у нас дома появляется все больше различных «девайсов» , имеющих связь друг с другом как через сеть Ethernet, так и снабженных различными беспроводными интерфейсами связи – Bluetooth, Wi-Fi. Следовательно, именно сеть таких устройств можно взять за основу будущей системы и дополнять её различными датчиками, исполнительными устройствами и т.д. Что и было наглядно показано на примере опубликованного материала.

Хорошо, скажете вы, а почему тогда мы ещё использовали интерфейс RS-485? Не проще ли было, вместо преобразователя интерфейсов между сетями RS-485 и Ethernet, просто обеспечить удаленные контроллеры интерфейсом Ethernet и создать единую сеть вообще без всяких «шлюзов»?

Ну, почему бы и нет? Но дело в том, что RS-485 является более простым интерфейсом как в программном, так и в аппаратном плане. Судите сами – для работы микроконтроллеров с RS-485 используются простые 8-ми ножечные трансиверы типа МАХ485, а для сети Ethernet – довольно «тяжеловесные» как в плане количества выводов, так и стоимости ENC28J60 или их аналоги. Поэтому и было принято решение о разделении сетей, при котором удаленные контроллеры, предназначенные для сбора различной информации, а так же для управления исполнительными устройствами, связаны в сеть по интерфейсу RS-485, а затем через «шлюз» интегрированы в сеть Ethernet. Особенно это очевидно на фоне того, что в нашей системе используются самодельные контроллеры, построенные на базе широко распространенных дешевых микроконтроллеров. Может, это не так сказывается, если в сети применяется один-два контроллера, но если их много, по преимущество RS-485 бесспорно. Возможно, кто-то посчитает иначе, я же только высказываю свою точку зрения, и она мне видится наиболее логичной в плане практической реализации всей системы в целом.

Тем не менее, нам все равно не обойтись без «шлюза» (преобразователя интерфейсов) между сетями RS-485 и Ethernet. Вот здесь я считаю, что лучше использовать готовое изделие. Дело в том, что оно не имеет отношения к общему алгоритму работы всей системы, для него не нужно писать никакого программного обеспечения или программу прошивки микроконтроллера. Его задача – двухстороннее преобразование одного интерфейса в другой. Поэтому, не нужно стремиться найти именно такой преобразователь интерфейсов, который был рассмотрен в четвертой части обзора. Для этих целей подойдет абсолютно любой модуль аналогичного назначения. Причем, даже необязательно RS-485 – Ethernet. Если в вашей домашней сети есть Wi-Fi роутер, то ничто не мешает использовать RS-485/Wi-Fi. Различные преобразователи интерфейсов выпускаются многими производителями и имеют относительно небольшую стоимость, например, тот же USR-TCP232-24-EN вместе с доставкой из магазинов Ebay.com, обойдется примерно в районе 30$.

Однако, если вы все же считаете, что лучше применить удаленные контроллеры, которые непосредственно имеют интерфейс Ethernet, и, следовательно, вообще отказаться от использования RS-485, то для их построения можно воспользоваться схемой, приведенной на рис. 1

Примеры схем на других типах микроконтроллеров (AVR, dsPIC), можно найти на сайте компании Терраэлектроника.

Теперь посмотрим, а какие датчики и исполнительные устройства мы можем подключить к удаленному контроллеру. Напомню, что наша тестовая версия контроллера имеет 4 цифровых входа, 1 аналоговый вход, 4 цифровых выхода и канал измерения температуры. Если с каналом температуры и аналоговым входом (АЦП), который служит, например, для измерения напряжения, в принципе вопросов особых нет, то давайте посмотрим для чего можно использовать цифровые входы и выходы контроллера.

Цифровые входы. Мы изначально определились, что охранная система в доме должна быть полностью автономным устройством, которое контролирует не только проникновение на охраняемый объект, но и протечку воды, пожар, утечку газа и т.д. С другой стороны, когда вы находитесь дома (т.е. сигнализация снята с режима охраны), некоторые из этих событий тоже нужно контролировать. Например, можно оставить под сигнализацией гараж или калитку, контролировать пожарный датчик и утечки воды и газа. Вся эта сигнализация будет не только не лишней, а абсолютно необходимой на дисплее вашего терминала. Для её реализации как раз и можно использовать имеющиеся в удаленном контроллере цифровые входы, к которым подключаются выходные контакты реле от различных датчиков.

В качестве примера такого датчика, который контролирует протечку воды, можно посмотреть ещё одну мою разработку – Датчик протечки воды. Он способен работать в составе различных охранных систем, а так же выдавать звуковой сигнал в случае нештатной ситуации. А вообще, к нашему удаленному контроллеру можно подключать абсолютно любые датчики, имеющие на выходе релейный «сухой» контакт. Все зависит только от конкретных требований к определенному сегменту «умного дома».

Цифровые выходы. Надеюсь, что здесь все абсолютно понятно. Подключив к этим выходам через транзисторные ключи электромагнитные или твердотельные реле, с их помощью можно управлять различными нагрузками. Например, управлять уличным освещением, роллетами на окнах, въездными воротами, отоплением, теплыми полами, кондиционером и т.д.

Цифровые входы и выходы можно использовать совместно, в едином комплексе, если требуется управление очень ответственными нагрузками. При этом уже получается так называемая система телемеханики, где используются сигналы телеуправления (ТУ) и телесигнализации (ТС). Подобная система очень широко применяется на предприятиях энергетики и железнодорожного транспорта. Вы спросите, а в чем её отличие от того, что и так уже реализовано в нашей программе – ведь при переключении объекта в окне «Управление выходами» мы же видим, в каком положении он находится – включенном или выключенном. Но разница все же есть, поэтому сделаю небольшое пояснение.

Сигнализация положения объекта в окне «Управление выходами» происходит следующим образом – программа посылает команду контроллеру, допустим, на включение. Контроллер выставляет на соответствующем порту высокий уровень, а следующим циклом программа микроконтроллера считывает это состояние. Тут все корректно, в каком состоянии находится порт, такое состояние и будет передано в управляющую программу компьютера (говоря на языке автоматики – на верхний уровень). Т.е. на дисплее и контроллера, и компьютера, мы действительно видим истинное состояние порта.

Но состояние порта – ещё не значит – состояние нагрузки! Допустим, в канале, которым мы управляем, вышел из строя транзисторный ключ или реле. Или управляемое устройство просто не работает. В таком случае, несмотря на то, что состояние порта на «верхний уровень» будет передано правильно, на самом деле мы получим ложную сигнализацию! Поэтому в высоконадежных системах и используют «связку» выходов (ТУ) с входами (ТС). На входы ТС сигнал формируется и подается непосредственно с нагрузки, а не считывается с управляющего выхода ТУ. Этим обеспечивается 100% гарантия конкретного состояния объекта. Если вы планируете в своей системе «умного дома» управлять такими объектами, как для примера, котел отопления, то лучше сигнализацию его состояния построить именно по принципу ТУ - ТС.

Несколько слов о сигнализации. Вернее, о цветах, которые используются для обозначения состояния объекта в программе управления. Наверное, вы заметили, что она выполнена немного непривычно с точки зрения бытовых устройств. Там, как правило, зеленый цвет обозначает «Включено», а красный – «Отключено». Но в устройствах телемеханики, особенно это касается энергетики, все наоборот. Красный цвет – это опасность – значит «Включено», зеленый – безопасно – «Отключено». Здесь я придерживался данного принципа. Возможно, кому-то это покажется спорным, поэтому в следующем релизе программы планируется сделать возможность самостоятельного выбора цветов состояния объекта непосредственно пользователем.

I/O PROG. Эти два вывода контроллера в зависимости от ситуации, задействуются как под функции входов, так и выходов. Через них так же можно организовать шину I2C для «общения» с некоторыми датчиками, имеющими в своём составе такую шину. В качестве примера можно привести датчик влажности и температуры SHT21, акселерометр SMB380 и др. Когда использование шины I2C не планируется, то эти входы можно задействовать под кнопки управления контроллером. Это может понадобиться для установки различных параметров, скажем, границ температурного регулирования, если контроллер помимо своего основного назначения, будет локально выполнять функцию термостата. Естественно, все это определяется версией прошивки микроконтроллера.

Схема одного из вариантов подключения различных контрольных и исполнительных устройств к контроллеру, приведена на рис. 2

Ну вот, пожалуй, и все. Однако, несмотря на то, что данная статья является завершающей в цикле публикаций, это не говорит о том, что тема «умного дома» закрыта. Наоборот, мы только обозначали круг целей и задач, которые необходимо выполнить. Отчеты о реализации проекта будут периодически публиковаться на страницах сайта. Ну, а к читателям этих материалов большая просьба – активно высказывать свои пожелания, мнения и комментарии, как положительные, так и негативные. Главное, что бы критика была объективной.

И в завершение, ссылочный указатель опубликованных материалов по теме «умного дома»:

2 Admin (22.10.2012 16:32)

Спам

В системах телемеханики используются команды телеуправления (ТУ), телесигнализации (ТС) и зачастую телеизмерений (ТИ). ТИ передает информацию о количественной величине измеряемого сигнала (напряжение, ток, частота и т.д) и является по сути дополнительной функций. А команды ТУ и сигналы ТС всегда работают «в связке».
Приведу пример на «бытовом» уровне. Допустим, мы управляем мощным нагревателем. По каналу ТУ приходит команда на его включение. В ответ на соответствующий вход ТС необходимо выдать команду, что бы проконтролировать, включился нагреватель или нет. Это можно организовать с помощью реле, подключенное параллельно питанию нагревателя или трансформатора тока, включенного последовательно с нагревателем. Но обычно с целью защиты входов ТС используют датчики с оптоэлектической (гальванической) развязкой – например, оптроны. В любом случае и контакты реле, и выход трансформатора тока, и выход оптрона подключаются к входу ТС и сигнализируют об истинном состоянии устройства.

1 Nick (22.10.2012 13:17)

Спам

Расскажите поподробней про «связку» выходов (ТУ) с входами (ТС) , если можно то на примере датчика сигнализации.