Informatika inteligentních domů. Jaroslav Žáček Michal Janošek

Transkript

1 Informatika inteligentních domů Jaroslav Žáček Michal Janošek

2 Základní rozdělení Obsahuje inteligentní zařízení a systémy Obsahuje inteligentní komunikující zařízení a systémy Propojený dům Učící se dům Pozorný dům

3 Obsahuje inteligentní zařízení a systémy Příklad: světelný senzor, který rozsvítí světla pouze za přítomnosti pohybu a pokud není dostatečná světelnost Nespolupracuje s žádným jiným zařízením

4 Obsahuje inteligentní komunikující zařízení a systémy Jednotlivá zařízení mezi sebou komunikují Komunikace nemusí být nutně na digitální bázi (stačí spojit mechanicky dva dráty) Možné problémy: výběr vhodného protokolu pro komunikaci Příklad: Po zamčení vstupních dveří se automaticky zapne bezpečností systém.

5 Propojený dům Jednotlivé zařízení jsou nejen propojeny, ale lze je ovládat jak uvnitř domu, tak zvnějšku. Příklad: Pokud někdo vnikne do zabezpečeného objektu, tak systém automaticky přivolá policii a přijde vám na mobil upozornění s živým přenosem kamer z objektu.

6 Učící se dům Sleduje obvyklé chování lidí v domě a snaží se tuto činnost automatizovat. Příklad: První týden nastavujete termostat ručně podle toho, kdy přicházíte domů. Další týden již termostat kopíruje obvyklý příchod domů. Také sám analyzuje, za jak dlouho je chopen místnost vytopit

7 Pozorný dům Navazuje na předchozí variantu, nepoužívá pouze historické údaje, ale i aktuální stav (např. senzory detekující pohyb) V reálném čase vyhodnocuje stav a předvídá příští krok. Často se zde využívají metody softcomputingu.

8 Savings( Safety( Comfort( Enter2ment( Health(

9 Savings( Safety( Comfort( Enter2ment( Health(

10 Možnosti aplikace

11 Architektura

12 TECOMAT

13

14

15 Distribuce AV signálu

16 Hardwarová konfigurace

17 Programátorský model IL - Instruction List ST- Structured Text LD ANDN ST A B C C:= A AND NOT B FBD - Function Block Diagram LD - Ladder Diagram A B AND C A B C - -- / ( )

18 Ladder diagram

19 Function Block Diagram

20 Structured text

21

22

23 Vizuální programování

24 Showcase

25 Základní rozvody - elektro Obyčejně obsahuje: Rozvaděč s pojistnou skříní/jističe Světelné okruhy (1-4) Zásuvkové okruhy (2-6) Speciální okruh pro vysoké odběry (elektrické topení, el. trouba, ) (1-2) Většinou střídavý proud (230V, 380V), stejnosměrný se prakticky nevyskytuje

26 Vodiče Každý jednotlivý okruh používá jeden pár vodičů jednotlivé zásuvky jsou zapojeny paralelně stejně tak světelné okruhy (neplést si zapojení se samotnými světly) Materiál Al nebo Cu Umístěny buď přímo v omítce, nebo v tzv. husím krku Současná norma připouští pro nové stavby pouze PEN: L - fáze PE - zemnící okru N - nulový vodič

27 Značení vodičů CYKY - Silový kabel Cu pro pevné uložení CYLY/CYSY - Silový kabel pohyblivý pro přenosné zařízení (vysavač) AYKY - Silový kabel Al pro pevné uložení CYKYLO - Stejné jako CYKY, jen plochý

28 Silové a datové kabely Řeší norma ČSN EN :2001 ( ) Nevyžaduje se oddělení, jestliže délka souběhu je menší než 35 m. Pro délku souběhu větší než 35 m platí vzdálenosti mezi kabely podle příslušné tabulky (vzdálenosti závisí na tom, zda je kabel stíněný a zda mezi kabely je přepážka z hliníku nebo z oceli) pro celou délku souběhu až na konečných 15 m přívodu k zásuvce. kromě toho se pro uložení kabelů využívá stínících účinků kovových žlabů. Platí, že silové kabely a kabely IT musí být ukládány do samostatných, dostatečně hlubokých, kovových žlabů, pokud možno s neperforovanými stěnami.

29

30 Jak lze data přenášet Obecné přenosové médium Drátové Bezdrátové Metalické kabely (Coax/Twist) Optické kabely Satelitní Mikrovlnné Free-space optika (RONJA) Rádiové Infračervené

31 Koaxiální kabel V současnosti se pro datový přenos používá u CATV Má pouze dva vodiče - jeden signální, druhý izolační Dříve se používal pro Ethernet - 10Base2 a 10Base5

32 Kroucená dvoulinka Princip: dva vodiče souběžně kroucené funguji jako anténa - něco vyzáří a něco přijmou proto je kroutíme a tím se vzájemně el. mag. vlny ruší/násobí. Používáme hlavně kategorii 5,5e MHz Kabel je buď UTP, nebo STP

33 Optická vlákna Můžou pracovat s frekvencí až 10 8 Mhz Běžně rychlosti 10 Gb/s, navíc násobeno počtem vláken a použitou technologií přenosu(dwdm) Jednovidové a mnohovidové Jádro SiO 2

34 Optika je drahá

35 Bezdrátové přenosy Optické - viditelná část spektra Infračervené - mimo okem viditelnou vlnovou délku Mikrovlnné - velmi krátká vlnová délka -> frekvence nad 100 MHz, doporučena přímá viditelnost Rádiové - ostatní

36 Bezdrátové přenosy Wi-Fi Topologie - bodové spoje i přístupové body Standard Pásmo (GHz) Max. rychlost (MBit/s) IEEE ,4 2 IEEE a 5 54 IEEE b 2,4 11 IEEE g 2,4 54 IEEE n 2,4 nebo IEEE ac 2,4 nebo

37 Zigbee Bezlicenční pásmo 868Mhz, standard IEEE (2003) Na malé vzdálenosti - 75m Zjednodušeně je to industriální verze Bluetooth Režimy přenosu: periodicky se opakující - čtu teplotu z čidla periodický s požadavkem na malou latenci nepravidelný přenos - stisknu tlačítko Používá CSMA/CA (možná znáte z POSI)

38 Topologie Koordinátor - vždy jeden v síti Router (FFD) - přenáší data na RFD End Device (RFD)

39 Z-Wave Zaměřen na segment Home Automation, starší než Zigbee (2001), navrhován do vzdálenosti kolem 40m Pracuje na podobných frekvencích jako Zigbee, rozděleno dle teritoriální příslušnosti Menší počet podporovaných zařízení (232 oproti 65000) Původně proprietární, dnes otevřený Součástí Z-Wave Alliance silní hráči (Intel)

40 Thread Jedná se o síťový protokol založený na (stejně jako Zigbee) Pracuje v pásmu Mhz nebo 2,4 GHz Založený na IPv6 - zařízení jsou adresovatelná, využívá šifrování AES Oproti Zigbee a Z-Wave je možno komunikovat mnohonásobně vyšší rychlostí (250 kbps)

41 Datové rozvody - hardware Repeater (dnes se již moc nepoužívá) Switch Router / Wi-Fi Router Speciální karty - 230V

42 Switch Základní parametry: Rychlost MB/s, 1GB/s Propojovací pole - opravdu je Switch 100 MB/s použitelný na všech portech? Počet MAC adres Administrovatelný Doplňkové funkce - MDI/MDIX, full duplex, auto negociace

43 Router, Wi-Fi Router Základní parametry: Radio - 2,4 GHz, 5GHz, podporované standardy Velikost EEPROM, velikost RAM Další možnosti: Změna firmware - DD-WRT, OpenWRT WDS (Wireless Distribution System)

44 Spojení přes silové vedení Současný standard podporuje až 500 MB/s Výhody nemusí se natahovat dodatečná kabeláž rychlejší než současné Wi-Fi relativně stabilní přenosová rychlost Nevýhody Sdílené médium Rušení Omezený dosah (transformátor)

45 Jak řešit napájení aktivních prvků Napájení po kabelu (PoE) Pasivní Aktivní (IEEE 802.3af-2003 a IEEE 802.3at-2009)

46 Přenosové protokoly Protokoly pro komunikaci zařízení v rámci Ethernetu TCP/IP TCP UDP

47 Přenosové protokoly Protokoly pro komunikaci s PLC Protokoly pro komunikaci s ostatními periferiemi Modbus - pro komunikaci s PLC a ostatními periferiemi (např dotykový panel) RTU ASCII (nepovinný) DMX512 - světelná jevištní technika

48 DALI Digital Addressable Lighting Interface Mezinárodní standard pro kontrolu osvětlení (IEC 60929) Více než 62 členů (ABB, Crestron, Philips, Osram)

49 DALI DALI není produkt, jedná se o protokol Definuje základní parametry: napájení rychlost reakce rozhraní pro komunikaci příkazy

50 DALI Výhody nízké náklady na síťování digitální komunikace monitorování světel možnost světla softwarově ovládat (vytvářet skupiny) možnost regulace a tím snížení odběru jednoduchá instalace mohu použít zařízení různých výrobců

51 DALI - Charakteristika protokolu Napájení 115V - 300V, 50Hz - 60Hz Stmívací křivka je logaritmická, zadává se procentně Rychlost samotné sběrnice 1200b/s

52 Sběrnice DALI Jen dva dráty není vyžadována kroucená dvojlinka není vyžadováno stínění není důležitá polarizace žádný ukončovací odpor maximum 300 metrů Možno více topologií (hvězda, strom)

53 Adresace Jednotlivé zařízení 0AAAAAA1 + CCCCCCCC Broadcast CCCCCCCC Není zde detekce kolize Řešení kolize zajišťuje výrobce komunikačního modulu

54 Typy zařízení Typ 0 - standardní světlo Typ 1 - nouzové osvětlení Typ 2 - HID lampy (výbojky) Typ 3 - Halogen s nízkým napětím Typ 4 - žhavící lampy s nízkým napětím Typ rezerva do budoucna (LED )

55 Schéma zapojení

56

57

58

59

60 EIB/KNX Standard ISO/IEC Základní komponenty senzory aktuátory (stmívač, stykač) ostatní komponenty (směrování signálů)

61 EIB/KNX Kroucená dvoulinka Rychlost 9600b/s Polarizace je důležitá Sběrnice má samostatné napájení 30V Adresování 8-bitů na segment Délka segmentu 1000m, implementována detekce kolizí

62 EIB/KNX Kategorie KNX zařízení A-mode - zařízení se automaticky nakonfigurují E-mode - mají v sobě základní program a pouze se nastaví jeho parametry S-mode - musí být naprogramovány

63

64 Využití DALI

65