Использование САПР при создании «Умных домов»

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ САПР ПРИ СОЗДАНИИ «УМНЫХ ДОМОВ»

П.В. Федосов

Научный руководитель - д.т.н., профессор Ю.А. Гатчин

В статье рассматриваются возможности «умных домов» и использование САПР при их проектировании. Так же приведено сравнение возможностей различных САПР в применении к данной задаче. Статья будет полезна тем, кто хочет подробнее узнать о процессе разработки систем «умный дом».

Введение

С каждым годом нас окружает все больше сложной электронной аппаратуры. Казалось бы, еще лет 15 назад даже пара современных телевизоров была далеко не в каждой квартире. Сейчас уже мало кого удивит наличие трех-четырех телевизоров, CD/DVD, ресиверов спутникового телевидения к ним, и это еще не считая компьютерную и бытовую технику. Думаю, многие уже не раз сталкивались с проблемой поиска нужного пульта для одного из компонентов электронного зоопарка или с многочасовыми бдениями над инструкциями в поисках пути правильного подключения различных электронных компонентов друг к другу.

Системы класса «умный дом» как раз предназначены для того, чтобы избавить пользователя от зачастую ненужной и не интересной ему технической стороны и предоставить простой и удобный интерфейс управления, в идеале, всей электроникой в доме. Однако управление мультимедийной аппаратурой - это лишь небольшая, зачастую легко разрешимая задача. Построение «умных домов», управляющих также осветительной, вентиляционной, системой кондиционирования и охранными системами, требуют гораздо более комплексного подхода, главная задача которого - минимизировать затраты на выполнение работ.

В этой статье рассмотрены применение некоторых САПР для решения задач проектирования «Умных домов» [1].

Основные возможности

Умный дом или офис - это автоматизированная система управления, которая предназначена для контроля и управления освещением, отоплением, вентиляцией, водоснабжением, безопасностью, аудио/видео аппаратурой и другими инженерными системами дома. Систему можно настраивать и модифицировать по желанию владельца. Всеми функциями системы можно управлять дистанционно с пульта или даже с мобильного телефона. Обычно умный дом позволяет интегрировать различные подсистемы, обеспечивая их слаженную работу и высокую функциональность всего комплекса [2].

Концепция умного дома подразумевает слаженную работу различных систем. Это позволяет не только исключить конфликты при их функционировании, но и обеспечить гармоничное взаимодействие. Классический пример: кондиционер не будет охлаждать помещение в то время, когда его нагревает теплый пол. Интеграция обеспечивает комфорт в жилье. Управление всем комплексом умный дом берет на себя. По одному Вашему желанию, как дирижер управляет оркестром, умный дом управляет освещением, шторами, кондиционером, теплым полом, аудио/видео аппаратурой и др. оборудованием, а Вы наслаждаетесь комфортом (см. рисунок).

Рассмотрим подробнее типовые функции: • Управление освещением. Внутреннее освещение во всем доме, наружное освещение, динамичные световые сцены позволяющие придать разные «настроения» помещению, включение при прохождении, плавное включение ламп накаливания с учетом мощности, выключение всех устройств по одной команде. Все это позволяет рациональнее использовать ресурс осветительного оборудования.

• Управление силовыми розетками. Включение/отключение групп розеток или отдельных розеток в каждой комнате. При этом можно управлять различными бытовыми устройствами, к примеру, отключить телевизор в детской комнате, отключить питание утюга после заданного интервала времени, уходя из дома обесточить все устройства (кроме заранее определенных) по нажатию одной кнопки и т. д.

Рисунок. Пример организации взаимодействия систем

• Управление электродвигателями. Шторы, жалюзи, роллеты, автоматические ворота, шлагбаумы, гаражные ворота, насосы

• SMS-оповещение и управление. Оповещение на мобильный телефон при возникновении аварийных ситуаций - пожар, затопление водой, несанкционированное проникновение и т.п.

• Безопасность и сигнализация. Датчики движения, датчики закрытия окон и дверей обеспечивают защиту помещений от несанкционированного проникновения. К функциям безопасности также относится защита от затопления водой, пожарная сигнализация, обесточивание электроприборов при уходе, возможность отправки сообщений по SMS при аварийных ситуациях, включение сирен, имитация присутствия. Кроме того, система позволяет организовать тревожные кнопки, например, в детской комнате, у кровати больного и т. д.

• Функции «Мультирум». Система Мультирум обеспечивает матричную коммутацию аудио/видеосигналов по помещениям. Звук и изображение от различных источников (DVD и CD проигрыватели, радио и т.д.) выводится в требуемых помещениях. Управление переключением каналов, настройкой громкости выбор FM-станции по командам с тачскрина, пульта или настенных кнопок, по датчикам движения и т.д.

• Универсальный дистанционный пульт. Система, имея ИК, Bluetooth или WiFi передатчики, может управлять всеми устройствами с одного универсального пульта, сенсорной панели, кнопочных выключателей или мобильного телефона можно удаленно управлять плеерами, кондиционерами, телевизорами, CD/DVD проигрывателями во всем доме.

• Климат-контроль. Система позволяет управлять климатом как во всем доме, так и в отдельных помещениях, обеспечивая слаженную работу систем и приборов, ответственных за климат (система отопления, теплый пол, вентиляция, кондиционирование, влажность и т.д.).

• Автоматический полив. Контроль влажности почвы, управление насосами, управление по расписанию, учет погодных условий

Умный дом легко интегрируются в общую систему интеллектуального здания. Это

позволяет контролировать аварийные ситуации (затопление, пожар, охрана), состояние

оборудования, температуру и другие параметры всех автоматизированных апартаментов в одном диспетчерском пункте. Из квартиры или номера в отеле можно вызывать необходимые службы. С компьютера в диспетчерской отдельные апартаменты переводятся в режим «отсутствия хозяев» или предварительно подготавливаются к приезду жильца.

Проектирование

Из сказанного очевидно, что создание системы подобного масштаба вслепую фактически невозможно. Все это делает особенно важным подготовку качественной проектной документации. Сейчас проектирование фактически любого прибора или комплекса не обходится без использования САПР. Процесс проектирования «умных домов» не является исключением. К сожалению, единого пакета схожего с продукцией компаний Solid Works или Autodesk, способного решать все задачи проектирования умных домов, на сегодняшний день не существует. Поэтому используются комбинации различных САПР для достижения желаемого результата.

Как мы уже убедились ранее, «умный дом» фактически нашпигован различными контроллерами, находящимися в каждой розетке, выключателе и т.д., которые соединены большим количеством как силовых, так и сигнальных кабелей. Также следует помнить, что реализация проектов «умных домов» делается преимущественно не по какому-то шаблону, а под требования заказчика, что порой вызывает трудности, поскольку приходится реализовывать не стандартные решения.

На данный момент для создания проектной документации наиболее часто используется программа AutoCAD от компании Autodesk. Это объясняется тем, что рассматривать схему коммуникаций между различными устройствами, а также схемы монтажа слаботочных и высоковольтного оборудования без привязки к плану этажа фактически бесполезно. Сегодня компания Autodesk является одним из мировых лидеров в области производства программного обеспечения для автоматизированного проектирования и подготовки проектной документации - с ее продуктами работают миллионы пользователей в более чем 160 странах мира.

Справедливости ради стоит отметить, что, хотя и большая часть документации по проектам создается в формате продуктов компании Autodesk, это не делает их выбор единственно возможным. Формат DWG с каждым годом становится все более популярным, и его поддержка появляется все в большем количестве сторонних программ. Наравне с AutoCAD могут быть использованы такие программы, как семейство продуктов КОМПАС компании АКСОН. Стоит также отметить, что зачастую при проектировании не требуются какие-то специфические функции, присущие только одной уникальной программе. Так, например, с успехом может применяться пакет интегрированного комплекса САПР - Solid Works. Хотя его профильной областью применения являются гибридное параметрическое моделирование, проектирование деталей, сборок и изделий с учетом специфики изготовления (листовой материал, пресс-формы и штампы, сварные конструкции), экспресс-анализ (массово-инерционные характеристики, анализ прочности и кинематики), оформление чертежей по ЕСКД, он так же может быть использован в процессе проектирования «умных домов» просто как редактор DWG. Однако в состав пакета входит модуль Routing, позволяющий проектировать трубопроводы и электрожгуты с использованием библиотек стандартных элементов, что позволяет значительно сократить время разработки.

Также зачастую применялись САПР OrCad и PCAD для проектирования плат сопряжения контроллеров различных производителей и т. п.

Сравнение

Ввиду отсутствия специализированных САПР, разработанных для проектирования «умных домов», сравним несколько пакетов САПР широкого профиля. Для удобства выбора между ними составлена таблица [3, 4]. Как видно из таблицы, нельзя отдать од-

нозначное предпочтение какому-то одному проекту, поскольку ни один из них специально не разрабатывался и не адаптировался для решения требуемых задач, мы используем их возможности не по прямому назначению или не в полной мере.

Описание АиЮСАБ БоНё №огкБ РСАБ ОгСаё

Работа с планами этажей здания + + - -

Возможность совместной работы с другими направлениями проектирования + + - -

Наличие библиотеки шаблонов + + + +

Возможность расширения функционала пакета за счет подключения сторонних модулей + + + +

Генерация чертежей и проектной документации в финальном виде, не требующем доведения в других программах + + -/+ +

Возможность экспорта документации в сторонние форматы + + + +

Возможность выполнения всей проектной документации без применения сторонних программ + + - +

Возможность оптимизации проектного решения средствами пакета - - + +

Возможность моделирования поведения системы - - - -

Таблица. Сравнение пакетов САПР Заключение

В статье рассматривались возможности «Умных домов» и средства их проектирования. В настоящее время разработка и внедрение таких систем - не редкость. Таким образом, все расширяющаяся область применения таких систем требует дальнейшего развития средств разработки и автоматизации проектирования.

Существующие сейчас САПР, хоть и удовлетворяют потребности проектирования, но дальнейшее усложнение систем сделает их применение малоэффективным.

Литература

1. АВОК Стандарт 3-2003. Системы автоматизации и управления зданиями. Часть 1.

Общие положения

2. Гололобов В.Н. «Умный дом» своими руками. - М.: НТ Пресс, 2007. - 416 с.

3. Кашкаров А.П. Электронные схемы для «умного дома». - М.: НТ Пресс, 2007. -256 с.

4. Сопер М.Э. Практические советы и решения по созданию «умного дома». - М.: НТ Пресс, 2007. - 432 с.

5. Тесля Е. «Умный дом» своими руками. Строим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире. - СПб: Питер, 2008. - 224 с.

6. Харке В. Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и системы коммуникаций в жилищном строительстве. - М.: Техносфера, 2006. - 290 с.