Управление knx. Умный дом — теория и реализация на базе шины KNX. Функционирование системы KNX

Нажатие на уровень или перемещение ползунка отправляет в управляемую переменную число, соответствующее текущему положению ползунка.

1 Создайте переменную, которую нужно регулировать. Настройте ее, как показано в инструкции

2 Создайте уровень, настройте его следующим образом (cм. все настройки):

3 Перетащите переменную на уровень, в диалоге привязки переменной укажите:

Action	Send Token - отправить переменной значение Value, взятое как текущее положения ползунка уровня в диапазоне Min...Max
Event for Action	Событие интерфейса, связанное с кнопкой. При возникновении события, в переменную будет записано указанное значение Press - отправить Value по нажатию Release - отправить Value при отпускании Move - отправлять все промежуточные значения Value при перемещении ползунка. добавляйте команду Delay (100) перед командой на событии Move, чтобы меньше нагружать оборудование (с командой Delay, Move будет срабатывать не чаще, чем раз в 100 мс) Можно использовать все три события одновременно.
Add a feedback channel	(Create a feedback channel) Поставьте эту галочку, т.к. нужно, чтобы ползунок уровня перемещался в соответствии с актуальным состоянием переменной

Action

Send Token - отправить переменной значение Value, взятое как текущее положения ползунка уровня в диапазоне Min...Max

Event for Action

Событие интерфейса, связанное с кнопкой. При возникновении события, в переменную будет записано указанное значение

Press - отправить Value по нажатию
Release - отправить Value при отпускании
Move - отправлять все промежуточные значения Value при перемещении ползунка.
добавляйте команду Delay (100) перед командой на событии Move, чтобы меньше нагружать оборудование (с командой Delay, Move будет срабатывать не чаще, чем раз в 100 мс)

Можно использовать все три события одновременно.

Add a feedback channel

(Create a feedback channel) Поставьте эту галочку, т.к. нужно, чтобы ползунок уровня перемещался в соответствии с актуальным состоянием переменной

4 Теперь переменная связана с уровнем. Посмотреть все связи можно в OBJECT PROPERTIES > Programming

вариант 2 Управлять RGB лентой с помощью палитры

В качестве палитры можно использовать любой цветной элемент - перемещая палец по элементу, вы будете отправлять оборудованию команду установки выбранного цвета.

Это требует добавления в проект специального скрипта - библиотеки RGB. Скрипт необходимо добавить только 1 раз, далее можно использовать его для управления RGB лентами любых встроенных драйверов iRidium.

2.1 Создайте палитру и вспомогательные элементы. В качестве палитры можно использовать любое цветное изображение.

Настройте палитру как Joystick с диапазоном регулирования 0...100 по Х и Y
Настройте неактивный элемент Button, который будет отображать выбранный на палитре цвет
Если нужно, настройте активные кнопки Button, которые будут пошагово изменять яркость ленты

2.2 Скачайте файл RGB_Library.js

Этот файл обеспечивает управление цветом с помощью JavaScript. Добавьте файл в проект визуализации: откройте проект в iRidium Studio, нажмите клавишу , выберите пункт (+) "Add Script From File"

2.3 Создайте пустой файл скрипта: (+) "New Script", чтобы добавить в него описание вашей RGB палитры:

В файле скрипта опишите палитру и элемент для отображения выбранного цвета:

/////// optional parameters /////////////////////////// IR.GetItem ("Page 1" ) .GetItem ("Item Display 1" ) , // Item "Display" )

Расширенный вариант содержит кнопки управления яркостью:

Палитра, отображение цвета и кнопки +/- для управления яркостью

///////// Copy this function to make one more RGB palette /////// RGB_player( "Driver" , // Driver in project "Channel Red" , // Name of Red Channel "Channel Green" , // Name of Green Channel "Channel Blue" , // Name of Blue Channel 255 , // Top limit for RGB channel (100 or 255) IR.GetItem ("Page 1" ) .GetItem ("Item Color Picker 1" ) , // Item "Color Picker" /////// optional parameters //////////////////////////// IR.GetItem ("Page 1" ) .GetItem ("Item Display 1" ) , // Item "Display" IR.GetItem ("Page 1" ) .GetItem ("Up 1" ) , // Item "Up" IR.GetItem ("Page 1" ) .GetItem ("Down 1" ) , // Item "Down" 10 // Increment step for "Up" and "Down" )

В описании укажите где находится палитра, и какому оборудованию отправляет данные:

IR.GetDevice("Driver") - имя драйвера, которому вы будете отправлять команды RGB. Скопируйте имя драйвера в PROJECT DEVICE PANEL
"Channel Red", "Channel Green", "Channel Blue" - имена переменных (Commands), которые отвечают за управление красной, зеленой, и синей составляющими цвета. Скопируйте имена в PROJECT DEVICE PANEL. Имена Commands должны совпадать с именами Feedbacks, откуда приходит информация о текущем цвете RGB ленты.
HDL-Buspro, Domintell - имеют особый способ записи имен. Для них нужно указать <имя устройства в сети>:<имя канала>, например "Dimmer in Bedroom:Channel 1"
255 - максимальное значение яркости для каждого цвета. Для большей части оборудования яркость регулируется от 0 до 255, но есть драйверы, которые управляют яркостью цвета в диапазоне 0...100 (например, HDL). Для HDL-Buspro укажите значение 100 в этой строке настроек.
IR.GetItem("Page 1").GetItem("Item Color Picker 1") - имя страницы ("Page 1") и элемента на ней ("Item Color Picker 1") который вы будете использовать как палитру
IR.GetItem("Page 1").GetItem("Item Display 1") - имя страницы ("Page 1") и элемента на ней ("Item Display 1") который вы будете использовать для отображения цвета, выбранного на палитре
IR.GetItem("Page 1").GetItem("Up 1") - имя страницы ("Page 1") и элемента на ней ("Up 1") который будет при нажатии увеличивать яркость выбранного цвета
IR.GetItem("Page 1").GetItem("Down 1") - имя страницы ("Page 1") и элемента на ней ("Down 1") который будет при нажатии уменшать яркость выбранного цвета
10 - значение, на которое увеличится/уменьшится яркость выбранного цвета при нажатии кнопок Up и Down

Ошибки, которые могут возникать при некорректном описании палитры, отображаются в окне лога (F4)

RGBW освещение

1 Разместите и настройте на экране:

2 В драйвер добавьте тэги:

3 Работа со цветовыми компонентами RGBW осуществляется с помощью функций библиотеки RGBW_Library.js .

Скачайте библиотеку и добавьте её в проект: нажмите клавишу , выберите пункт (+) "Add Script From File".

4 Добавьте вызовы функций следующим образом: создайте пустой файл скрипта (+) "New Script", скопируйте код ниже, модифицируйте его под свою задачу:

RGB_player( "Driver" , // Driver in project "R_command" , // Name of Red Channel "G_command" , // Name of Green Channel "B_command" , // Name of Blue Channel 255 , // Top limit for RGB channels (255 or 100) IR.GetItem ("Main_page" ) .GetItem ("joystick color picker circle 596x379" ) // Item "Color Picker" ) ; RGBW_add_color_listener( IR.GetDevice ("Driver" ) , // Driver in project "R_feedback" , // Name of Red Channel "G_feedback" , // Name of Green Channel "B_feedback" , // Name of Blue Channel "W_feedback" , // Name of White Channel 255 , // Top limit for RGBW channels (255 or 100) IR.GetItem ("Main_page" ) .GetItem ("Display Item 1" ) , // Item "Color Display" IR.GetItem ("Main_page" ) .GetItem ("Slider Level 1" ) // Item "White Display" ) ;

Функция RGB_player() предназначена для создания связи между палитрой и каналами драйвера. При нажатии на палитру запускается скрипт, он получает координаты X и Y курсора, наведённого на палитру, считывает значения цветовых компонентов пикселя изображения под курсором и помещает их в каналы R_command, G_command, B_command.

Изображение палитры может быть произвольным, вы можете заменить изображение на любое собственное.

Функция RGBW_add_color_listener() связывает каналы обратной связи R_feedback, G_feedback, B_feedback, W_feedback с графическими элементами, которые отображают цвет и яркость белого.

Вы можете добавить несколько дополнительных палитр на экран и несколько дополнительных RGBW-каналов в драйверах, тогда вы должны добавить соответствующее число вызовов функции RGB_player() и RGBW_add_color_listener() . При этом библиотека RGBW_Library.js должна быть добавлена только один раз.

Скрипт вызова функций RGB_player() и RGBW_add_color_listener() должен находиться в списке ниже скрипта библиотеки RGBW_Library.js , иначе возникнет ошибка, и скрипты не будут работать.

5 Перетащите тэг W_command на уровень Level и включите связь по событию Release (отпускание).

Вы можете работать с диммерами, которые поддерживают различные диапазоны значений цветовых компонентов (стандартно 0-255 или 0-100). Для этого задайте соответствующее максимальное значение диапазона в трёх местах проекта: один раз в свойстве Max графического элемента Level и дважды в скрипте: при вызове функций RGB_player() и RGBW_add_color_listener() .

Макро-команды

К одному графическому элементу можно привязать несколько команд, они будут отправлены оборудованию по порядку, сверху вниз, без задержки. Канал обратной связи можно привязать только 1, иначе входящие данные будут обработаны некорректно.

Чтобы привязать несколько команд к 1 графическому элементу, перетяните их, одну за другой, на этот элемент. Выберите подходящие события (Press, Release, Move) в диалоге привязки:

Show log at Emuator Start - автоматически открывать окно лога (иначе лог можно открыть по нажатию F4)

Горячие клавиши:

F4 - открыть лог
F5 - запустить Эмулятор
F7 - открыть меню управления аккаунтом и проектами
F8 - открыть системные настройки (введите пароль 2007 )

Синхронизация с панелью управления

Если вы - интегратор, вы можете быстро запустить созданный интерфейс визуализации на панели управления - смартфоне, планшете или ПК. Установите приложение i3 pro и авторизуйтесь в нем с помощью вашего логина и пароля интегратора с сайта iRidium Mobile.

Используйте i3 pro для iOS, Android, Windows, Mac в тестовом режиме, загружая проекты через iRidium Transfer (возможность доступна только для интеграторов):

На сайте iRidium Mobile (см. инструкцию).

iRidium Cloud может настроить только зарегистрированный интегратор. После настройки, доступно приглашение пользователей к управлению объектом автоматизации.

Одно из основных требований, которые предъявляют к умному дому, это значительное снижение расходов на электроэнергию. Ведь сама концепция умного дома предполагает управление потреблением электроэнергии, чтобы снизить его расход в тех комнатах и ситуациях, в которых можно обойтись естественным освещением. Поэтому умный дом контролирует не только освещение, но и отопление, а также другие функции. Еще одно требование к умному дому – возможность без серьезной доработки применять оборудование от различных производителей. Именно для этой цели и был разработан стандарт KNX.

Каждый владелец умного дома желает подстроить его под какие-то свои требования и пожелания. Разработка системы управления таким домом с нуля обойдется очень дорого, поэтому гораздо проще взять максимально гибкую систему и выстроить ее архитектуру в соответствии со своими пожеланиями. Стандарт KNX – общая системная платформа, позволяющая использовать аппаратуру любого производителя, придерживающегося этого стандарта.

Кроме того, KNX – это набор протоколов для обмена данными между всеми участниками системы. Поэтому установка нового оборудования требует лишь минимального вмешательства в систему, ведь все элементы умного дома работают по одному стандарту и обмениваются данными по одним протоколам.

KNX – это шина, которая объединяет все элементы умного дома в единое целое. Основное преимущество KNX в невероятной гибкости, ведь для изменения конфигурации всей системы достаточно удалить ненужные элементы и установить вместо них более подходящие или необходимые. При этом не придется менять управляющую систему, перепрограммировать ее и мучительно согласовывать ее элементы между собой. Ведь недавно именно это и было главной проблемой, над которой бились монтажники управляющих систем умных домов – каждый производитель придерживался собственных стандартов, поэтому приходилось придумывать способы согласования деталей между собой.

Возможности шины KNX

На самом деле вопрос не в том, что может KNX, а в том, чего хочет владелец умного дома. Шинная система управляет любым оборудованием по заданному ей алгоритму, поэтому в рамках этой задачи KNX может все. Система, работающая на этом стандарте управляет всеми потребителями электричества в умном доме, поэтому KNX может обеспечить их работу в любых допустимых режимах, в зависимости от настроек и пожеланий владельца дома. Поэтому возможности систем стандарта KNX напрямую зависят от того оборудования, которое к ним подключено.

Использование шины KNX позволяет создавать различные системы управления умным домом. К примеру, система free@home от концерна ABB позволяет создать универсальную и простую в настройке и использовании систему, в которой управление домом может осуществляться в трех режимах:

автоматическом;
через команды с сенсорного пульта управления;
с помощью мобильного приложения для смартфона или планшета.

Все три режима обеспечивают полный контроль над энергопотреблением умного дома. Поэтому даже находясь далеко от дома, вы сможете контролировать безопасность своего жилища, наблюдать за детьми, включать и выключать различные электрические приборы.

Как это работает

Каждое устройство, подключенное к шине KNX имеет свой уникальный ip-адрес, а также список устройств, с которыми оно взаимодействует. Датчики и иные устройства, отслеживающие изменение обстановки, запрограммированы таким образом, чтобы при наступлении определенного события посылать связанным с ним устройствам сигнал.

В зависимости от настроек системы конечные устройства, которые и управляют подачей электроэнергии на различные приборы, могут реагировать как на определенные ситуации, так и на целый перечень различных событий. Поскольку к одной линии нельзя подключить больше 64 любых устройств, используют различные способы соединения нескольких шин в одну систему. В таких объединенных системах все происходит по стандарту KNX, поэтому никаких серьезных сложностей с настройкой не возникает.

Для связи между устройствами вне шины используют три вида каналов:

проводные;
оптические;
радиочастотные.

Проводные каналы наиболее востребованы, ведь для подключения к ним конечного устройства не требуется никаких дополнительных манипуляций. Оптическими и радиочастотными каналами пользуются лишь в том случае, если все, связанные этими каналами устройства, оснащены соответствующими приемо-передатчиками. В частности, эти каналы используют для подключения выносных видеокамер там, куда по каким-то причинам невозможно проложить проводной канал шины. По всем каналам связь между устройствами происходит по одним и тем же протоколам стандарта KNX.

Что такое ABB

Концерн ABB (в русской транскрипции АББ) занимается разработкой и производством оборудования для автоматизации различных процессов, в том числе для управляющих систем умных домов. Концерн был образован в 1988 году после слияния шведской компании Asea и швейцарской компании ВВС (Brown, Boveri & Cie). К этому времени обе компании обладали колоссальным опытом в сфере информационных технологий и автоматизации, поэтому АББ была одним из создателей стандарта KNX.

Концерн предлагает огромный перечень устройств, необходимых для создания полноценной сети, которая будет эффективно управлять умным домом. Несмотря на немалую стоимость, продукция концерна пользуется устойчивым спросом, потому что отличается великолепными характеристиками и полным соответствием стандарту KNX. К примеру, 12-канальный активатор отопления HA-M-0.12.1, который может одновременно управлять работой 12 клапанов системы отопления, обойдется в 23 тысячи рублей. Это заметно дороже китайских аналогов, но и гораздо надежней. Еще один пример – дисплей с поворотным управляющим элементом от ABB обойдется в 70–100 тысяч рублей , тогда как малонадежный китайский аналог можно купить за 20–40 тысяч . Но велика вероятность, что китайский элемент не прослужит и 2 лет.

У KNX богатое прошлое. Начнем с того, что в основе стандарта лежит шина EIB (European Installation Bus), которая появилась еще в начале 90-х годов. Основные принципы, используемые в работе KNX, были сформированы уже тогда. К концу века EIB являлась явным лидером в своей области, однако у нее имелись достойные конкуренты. Речь идет о шине Batibus, получившей распространение на юге Европы, а также о стандарте EHS (European Home System), приглянувшемся производителям бытовой техники. Три консорциума, ответственных за продвижение EIB, Batibus и EHS, решили объединить усилия для разработки нового, более совершенного решения. В результате в 1999 году на свет появилась «Ассоциация KNX».

Сам стандарт KNX был представлен весной 2002 года. Как оказалось, около 80 процентов разработок, лежащих в основе новинки, было позаимствовано у EIB. От двух других «доноров» дебютанту достались механизмы задания настроек и новые способы передачи сигналов. По этой причине, EIB и KNX часто приравнивают, нередко шину называют «EIB/KNX». В конце 2003 года разработка была оформлена в качестве европейского стандарта EN 50090, а еще через три года она приобрела статус международного стандарта ISO/IEC 14543. Другими словами, KNX успешно применяется и за пределами Европы.

В чем преимущества стандарта? В первую очередь, он славится своей надежностью: несмотря на наличие сразу нескольких сред передачи данных, основные компоненты KNX-систем обычно объединяются воедино с помощью специальных кабелей, причем в системе предусмотрен механизм подтверждения получения пакетов, то есть если команда не дошла до цели, то она отправляется повторно (не более двух раз). Конкуренты в лице Z-Wave и ZigBee, использующие радиоканал, считаются менее надежным вариантом, ну а про Х10 даже говорить неудобно - здесь все печально. Другой очевидный плюс проводного соединения - возможность размещения оборудования на значительном расстоянии друг от друга. Также следует отметить, что KNX-устройства не испытывают проблем с совместимостью, чего нельзя сказать, например, о продукции с шилдиком ZigBee. Еще один довод в пользу KNX - гибкая масштабируемость. Стандарт можно одинаково успешно использовать как в частных домах, так и больницах или аэропортах. Кроме того, в отличие от Z-Wave или Insteon, у этого решения нет жесткой привязки к аппаратной платформе - физическая реализация связи с передающей средой целиком лежит на плечах производителей оборудования.

Недостатки у KNX тоже имеются: данный продукт ориентирован на профессиональные системы автоматизации, проектировкой и установкой которых занимаются компании-интеграторы. Самостоятельный монтаж KNX-сети является весьма сложной задачей, и потому использование Insteon или Z-Wave, как правило, более оправдано. С точки зрения объема затрат, в основном.

Аппаратная часть

Компоненты KNX-сети можно разделить на три основных группы. Первая из них состоит из устройств, генерирующих управляющие команды. Это могут быть выключатели, контрольные панели, различные сенсоры и таймеры, а также датчики измерения физических величин. Вторая категория - это актуаторы, то есть исполнительные устройства. В их число входят релейные модули и различные регуляторы - например, диммеры. Третью группу образуют вспомогательные системные устройства, такие как блоки питания, повторители, логические модули и интерфейсы, обеспечивающие связь с внешним миром. Следует отметить, что сеть KNX является децентрализованной: сенсоры и актуаторы могут обмениваться данными напрямую, без участия дополнительного контроллера. В этом плане стандарт схож с Insteon.

Стандарт KNX предусматривает сразу четыре среды передачи данных: отдельная шина (витая пара), электропроводка, радиоканал и IP-сеть. Нельзя сказать, что они равноправны: как правило, витая пара стоит во главе, а остальные варианты являются вспомогательными либо отсутствуют вовсе. Шинное соединение позволяет использовать различные варианты топологии сети и объединять большое количество устройств, находящихся на значительном расстоянии друг от друга.

В самом простом варианте проводная сеть KNX представляет собой сегмент с топологией «линия». Он может включать в себя до 64 шинных устройств. Максимальная длина одной линии составляет километр, но с помощью специальных усилителей это значение (а также предельное число устройств) можно увеличить в четыре раза. Каждый сегмент обязан иметь собственный блок питания. До 15 линии могут быть подключены к так называемой главной линии и объединены тем самым в «зону». В свою очередь, зоны (до 15 штук) умеют общаться между собой посредством магистральной линии. В итоге, одна KNX-сеть, теоретически, может содержать около 58 000 шинных устройств.

Скорость передачи данных внутри проводной KNX-сети составляет около 9600 бит/с - скромно, но за счет малого объема транслируемых сообщений (несколько байт) этого хватает для обеспечения хорошей отзывчивости: среднее время отклика на команду составляет всего 25 мс. Для передаваемых пакетов задается приоритет, что помогает решить проблему возникновения коллизий. Следует отметить, что в такой сети используется сразу два вида адресов - физические и групповые. Последний вариант используется в тех случаях, когда одну команду необходимо отослать сразу нескольких устройствам - он определяет принадлежность гаджета к той или иной условной группе. Физический адрес у элемента сети всегда один, а вот групповых может быть несколько.

Беспроводная версия KNX использует частоту 868 МГц, при этом на передачу сигнала от отдельных устройств тратится не более одного процента эфирного времени, что позволяет избежать длительных помех, блокирующих радиоканал. Максимальная скорость передачи данных - примерно 16 400 бит/с. Гаджеты с однонаправленной связью отсылают пакеты незамедлительно, двунаправленные варианты предварительно проверяют, свободен ли радиоканал. Сообщения, передаваемые «по воздуху», помимо всего прочего, содержат такие данные, как уровень заряда батареи и серийный номер устройства. Последний позволяет избежать проблем при использовании нескольких радиосетей на одной территории. По радиусу покрытия KNX сопоставим со своими прямыми конкурентами, при этом дальнобойность на отдельных участках может быть увеличена с помощью специальных повторителей.

Возможность использования электропроводки в качестве передающей среды предусмотрена для тех случаев, когда прокладка нового кабеля затруднена, а радиосигнал не распространяется на достаточное расстояние. Технология позволяет добиться скоростей порядка 1200 бит/с. Следует отметить, что этот вариант не пользуется популярностью, и в практических реализациях он встречается редко. Что касается такой среды, как IP-сеть, то она применяется для туннелирования и маршрутизации KNX-команд путем их преобразования в IP-пакеты. Данная возможность особенно полезна в тех случаях, когда взаимодействующие устройства располагаются на значительном расстоянии друг от друга.

Режим E-mode - вариант, ориентированный на небольшие системы автоматизации. При его использовании настройка компонентов осуществляется с помощью кнопок, расположенных на самих гаджетах, либо посредством центрального контроллера, причем последний, как правило, может быть удален из системы после завершения конфигурации. В целом, возможности E-mode ограничены, но их, нередко, оказывается достаточно для завершения пусконаладочных работ.

Системный режим открывает доступ к настройкам всех параметров устройств, вот только для использования S-mode требуется специальное программное обеспечение - ETS (Engineering Tool Software). Данный продукт является универсальным, и, теоретически, он совместим со всеми высокотехнологичными KNX-гаджетами. Программа позволяет подключаться к внешним интерфейсам сети автоматизации посредством компьютера, используя RS-232 (COM-порт), USB или LAN. Если KNX-система имеет доступ в интернет, то контроль над ее работой может осуществляться удаленно. Следует отметить, что ETS активно используется не только для настройки, но и для проектирования сети.

Для связи всех устройств для автоматизации здания необходимо их подключить к общему каналу связи - шине KNX. С помощью шины устройства системы могут обмениваться телеграммами (пакетами) для передачи информации. Если передача и прием прошли успешно, то устройство-приемник, которому предназначалось сообщение подтверждает получение телеграммы. В случае отсутствия подтверждения устройство-передатчик повторяет отправку сообщения еще два раза. Если и в этом случае подтверждение не приходит, то процесс передачи данных прерывается. Таким образом, протокол KNX является протоколом с "обратной связью". В каждый момент времени может быть отправлена только одна телеграмма. Примерная структура сети KNX показана на рисунке 1.

Рис. 1.

Протокол KNX может использовать различные среды для передачи данных :

· KNX/TP - витая пара со скоростью передачи данных 9600 бит/с;
· KNX/PL - силовая линия (230 В и 50 Гц) со скоростью передачи данных 1200 бит/с;
· KNX/RF - радиоканал, имеющий два частотных окна 868 и 433 МГц;
· KNX/IP - сеть Ethernet.

В рамках дипломной работы в качестве среды передачи данных используется витая пара (KNX/TP). Данный метод организации системы домашней автоматики на базе KNX является наиболее распространенным и актуальным, так как такие системы просты для планирования и разработки и позволяют создать функциональные и гибкие решения, удовлетворяющие требованиям заказчика. Кабель витой пары может прокладываться поверхностным (контрольные панели) или скрытым (радио-модули) монтажом. Благодаря большим возможностям настройки и программирования, стандарт KNX является удобным как для разработчика, так и для конечного пользователя. Кабель витой пары, состоящей из красной (+) и черной (-) пары проводов, можно использовать как для передачи телеграмм, так и для подачи питания устройств.

Для того, чтобы система начала работать недостаточно просто соединить кабелем все устройства и подключить к питанию. Необходимо настроить и запрограммировать устройства, используя специальное программное обеспечение ETS Professional.

Engineering Tool Software (ETS) - специальное программа для проектирования, конфигурации и диагностики интеллектуальных систем на базе стандарта KNX. ETS возможно использовать для настройки многих инженерных систем:

· Управление освещением (включение/выключение, диммирование);
· Управление шторами;
· Система микроклимата (отопление, вентиляция, кондиционирование);
· Безопасность (сигнализация, видеонаблюдение, защита от протечек)
· Управление энергией;
· И др.

Существует несколько способов настройки устройств:

1) В S-режиме (system) - шинные устройства становятся функциональными после загрузки в универсальный блок сопряжения с шиной определённой аппликационной программы, индивидуальной для каждого устройства. В данном режиме у инсталлятора есть полный доступ к программированию и настройке всех параметров устройств. Наиболее часто используемая конфигурация для систем KNX.
2) Е-режим (easy) - исполнительные устройства уже являются полностью функциональными на момент подключения к шине KNX, программа загружается в блок сопряжения уже при изготовлении устройства. Логическая связь между такими KNX-устройствами и установка соответствующих параметров выполняется аппаратно, либо через контроллер, причем большинство настроек уже выставлено по умолчанию.
3) В А-режиме (auto) происходит автоматическая упрощенная настройка устройств при их подключении к центральному блоку управления. В последних спецификациях протокола KNX не используется.

Для инсталляции KNX у каждого устройства в сети должен быть индивидуальный уникальный физический адрес. Назначение адреса можно произвести с помощью ETS. Для этого необходимо перевести устройство в программный режим (например, нажатием на программную кнопку на корпусе). Для подтверждения режима программирования должен загореться светодиод. Физический адрес устройств имеет следующую структуру: Зона.Линия.Устройство (например, адрес 1.3.4 определяет четвертое устройство в третьей линии первой зоны). Для физического адреса зарезервировано 16 бит информации. На рисунке 2 представлено распределение битов.

Рис. 2.

Далее необходимо выбрать аппликационные программы для каждого устройства и настроить различные параметры, исходя из требований проекта. После создается структура из групповых адресов (как правило для сложных инсталляций, трёхуровневая - главная группа/средняя группа/подгруппа, например, 1/1/1), и в данных групповых адресах объединяются различные объекты связи устройств, участвующих в инсталляции (например, датчик связывается с исполнительным логическим модулем). Трехуровневая система групповых адресов использует 4 бита информации для главной группы, 3 бита для средней и 8 бит для подгруппы. Таким образом, можно использовать максимально 16 главных групп (0-15), 8 средних (0-7) и 256 подгрупп (0-255).

Пример использования:

1/1/1 - Лампа в спальне
1/1/2 - Торшер в спальне
1/2/1 - Люстра в гостиной
1/2/2 - Настольная лампа в гостиной
2/1/1 - Обогреватель в спальне

Необходимо учитывать, что получателями телеграмм могут быть несколько исполнительных устройств, но при этом сенсоры могут отправлять сигналы с информацией только по одному физическому адресу.

У каждого устройства есть несколько объектов связи. Их количество отличается в зависимости от назначения. Объекты связи могут иметь различный размер от 1 бита до 14 байт. Размер объекта зависит от выполняемой функции (например, 1-битовый объект используется для включения/выключения, а 4-битовый для диммирования).

Для наглядности рассмотрим следующий пример функционирования настроенной системы. Одноклавишный выключатель привязан к физическому адресу (1.1.1). Если нажать на кнопку выключателя и переключить его в положение "Включено", то отправится телеграмма с групповым адресом 4/2/3, которая содержит значение "1" и определённую служебную и контрольную информацию. Далее все устройства, находящиеся в общей сети KNX, получают данную телеграмму и обрабатывают ее, но только устройства с групповым адресом 4/2/3 отправляют контрольную телеграмму о подтверждении получения информации, после считывают значение "1" и обрабатывают его (например, исполнительное устройство с физическим адресом 1.1.2 замкнет реле, и лампа включится).

Как было сказано выше, передача данных по KNX/TP осуществляется с помощью кабеля витой пары. Шинные устройства подключаются к шине посредством универсального клеммника (рис. 3).

Рис. 3.

При каком-либо произошедшем событии происходит отправка телеграммы (например, пользователь нажал на кнопку). Если шина не занята некоторое время t1, то происходит передача данных. После отправки телеграммы должно пройти некоторое время t2, через которое происходит подтверждение получения от устройства, которому предназначалось сообщение. Общая схема отправления представлена на рисунке 4.

Рис. 4.

Каждая отправленная телеграмма состоит из набора служебных данных, определенного протоколом и полезной информации, которая описывает происшедшее событие (например, нажатие клавиши). Информация в телеграмме состоит из пакетов по 8 байт. Существуют определённые старт- и стоп- биты для определения начала и конца сообщения. Контрольная информация позволяет обнаружить ошибки в ходе передачи данных. На рисунке 5 представлена структура телеграммы.

Рис. 5.

Для передачи информационного сигнала используется модулирование напряжения, а точнее сообщение передается в виде импульса, который представляет собой разность напряжений, которая возникает между проводами витой пары среды передачи данных KNX/TP. Отсутствие импульса (разность потенциалов номинально равна 24 В) означает логическую "1". Отправка импульса с примерной амплитудой ±6 В означает логический "0".

Для того, чтобы передача данных осуществлялась с минимальными ошибками и задержками необходимо соблюдать определенные требования для создания сети (рис. 6) :

· Максимальная длина линии должна быть не более 1000 м;
· Максимальная длина кабеля, протянутого между двумя устройствами в сети должна не превышать 700 м;
· Минимальная длина кабеля, протянутого между двумя источниками питания должна составлять 200 м.

Рис. 6.

При проектировании системы необходимо уделить внимание количеству шинных устройств, используемых в сети и выбрать необходимую топологию (способ соединения всех элементов между собой). Стандарт KNX поддерживает большинство известных топологий за исключением "кольца" и имеет следующую структуру: устройства соединяются в линию, несколько линий соединяются в зону и несколько зон объединяются через системную линию (рис. 7).

Рис. 7.

Например, зоной является этаж здания, а линиями - комнаты на этаже. Каждая линия может включать максимум 4 сегмента, каждый из которых, в свою очередь, может состоять из 64 различных устройств. При этом необходимо учитывать, что каждому сегменту необходим отдельный источник питания. Для соединения сегментов в линии, а также соединения линий в зону используется линейный повторитель. Это помогает распределить нагрузку в шине. Таким образом, в системе можно объединить между собой более 58000 устройств.

Я осветил само понятие умного дома, теперь же поговорим о его реализации. Для удобства рассмотрим две возможности: создание умного дома уже после ремонта, и интеграция умного дома в квартиру во время ремонта.

Создание умного дома в готовой квартире

И так, ремонт уже сделан, и вам хочется сделать свой дом чуточку умнее. Увы, многое реализовать уже не получится - централизованной системы управления не будет, все умные приборы будут работать отдельно.
Начать можно с умных розеток:

Что же они из себя представляют? Это устройства, которые вставляются в обычную розетку и умеют контролировать ток и напряжение на выходе. С их помощью можно, например, включить настольную лампу, обогреватель, кондиционер, чайник и т.д. Такие розетки имеют в себе GSM-передатчик, поэтому управлять ими можно и вне квартиры, прямо с телефона.

Второе, что можно сделать - это купить умный электроприбор, умеющий работать через приложение для мобильного телефона или с пульта. К примеру, чайник от Xiaomi:

Или умная лампа:

Все подобные устройства управляются дистанционно, но, увы, не централизовано - для каждого устройства потребуется отдельный пульт или приложение, что не очень удобно.

Ну и третье: если вы разбираетесь в электрике, то можно сделать систему дистанционного управления светом по радио. Для этого вам потребуется электронный коммутатор и пульт для удаленного управления. Для установки коммутатора придется разобрать нужный выключатель и впаять его в цепь, после чего собрать выключатель обратно (сам коммутатор маленький и в выемке для выключателя без проблем поместится) и подружить с пультом для удаленного управления. Возможностей применения - масса: в семье маленький ребенок, который не дотягивается до выключателя, или же не хочется шарить в темной комнате по стене, чтобы нащупать выключатель. Так же есть более продвинутые коммутаторы, позволяющие управлять не только включением и выключением света, но и яркостью свечения ламп.

Создание умного дома на стадии ремонта - теория и реализация

Итак, вы делаете ремонт в квартире и хотите интегрировать в нее умный дом. Первое, с чем нужно определиться - это с коммуникационной шиной, иными словами - как будут связываться между собой устройства. Стоит учитывать то, что при выборе одной шины придется в дальнейшем покупать устройства, которые совместимы именно с ней. Если устройство рассчитано для работы с другой шиной - оно у вас не заработает.

Одной из самых популярных шин является шина KNX, который выросла из гораздо более древней EIB. Поддерживает достаточно много возможностей передачи данных:

Витая пара - специальный кабель с фиксированной скоростью передачи 9600 бит/с.
Силовая линия, скорость передачи 1200 бит/с, первоначально только поверх 230 В, 50 Гц.
IP-сеть (EIB.net) - например, Ethernet
Радиоканал - для обмена используются два частотных окна 868 и 433 МГц.

Принцип передачи информации прост: передача производится модулированием напряжения в сети, причём логический нуль пересылается в виде импульса, с амплитудой примерно ±6 В. Отсутствие импульса интерпретируется как логическая единица. Телеграммы (команды) пересылаются пакетами по 8 информационных байт. Пересылка синхронизируется старт- и стоп-битами. Есть бит контроля чётности (контрольный бит для проверки целостности пакета).

Для разрешения столкновений телеграмм в сети применяется метод CSMA/CA. Этот метод гарантирует случайный, беспроблемный доступ устройств к шине, при этом без существенного снижения её максимальной пропускной способности. При этом гарантируется, что первоначально будут переданы сообщения с наивысшим приоритетом.

Для того, чтобы система заработала, необходимо не только установить устройства и соединить их необходимыми кабелями между собой и с силовой сетью, но и запрограммировать устройства с помощью программного обеспечения ETS. До загрузки необходимо провести следующие операции: назначить устройствам индивидуальные физические адреса, выбрать и настроить (параметризировать) прикладные программы устройств, создать структуру групповых адресов и объединить на них объекты связи, взяв один объект в датчике и другой в исполнительном устройстве.

Устройства, находящиеся в сети KNX, подразделяются на 3 категории:

Датчики - устройства, которые генерируют управляющие команды (выключатели, сенсоры освещенности, влажности, температуры, таймеры и т.д). Эти устройства фиксируют происходящие внешние события, и в зависимости от типа событий посылают команды на те или иные исполнительные устройства (например, температура в комнате опустилась ниже заданных 20 градусов - датчик температуры отправляет сигнал на включение отопления).
Исполнительные устройства - устройства, которые исполняют команды датчиков: различные регуляторы и релейные модули. Они меняют своё состояние (включено-выключено, открыто-закрыто и т.п.) в соответствии с командами, поступающими от сенсоров, тем самым управляя различным электрооборудованием.
Системные устройства - блоки питания, интерфейсные модули, шинные соединители, повторители и другие, включая панели и логические модули. Системные устройства обеспечивают работоспособность и возможность настройки сети KNX.

Сама система является как децентрализованной (датчики и исполнительные устройства могут обмениваться данными напрямую, без участия дополнительного контроллера), так и централизованной (есть управляющий контроллер).

Топология сети

Термин топология сети означает способ соединения устройств в сеть. Шина KNX поддерживает 3 основных топологии:

Для простых систем используется топология Линия (или шина). Она предполагает соединение устройств последовательно. Также есть возможность создания ответвлений и соединений в одной точке - такая топология называется Звезда. В сегмент линии можно установить не более 64 устройств. В одной линии может быть до 4-х сегментов. Из минусов - при обрыве линии перестает работать вся сеть.
Если устройств больше, то рекомендуется топология Область (Area). При такой топологии линия с номером 0 становится главной линией области, и к ней можно присоединить до 15 дополнительных линий.
Самая сложная "древовидная" топология реализуется при объединении областей с помощью магистральной линии. Таких областей может быть до 15. Таким образом, максимальное число устройств в сети может достигать 58000.

Схематично эти топологии выглядят так:

Возможно, будет полезно почитать: