Умный свет для дома — что это такое и как работает
Содержание
Содержание
Умный свет встречает буквально с порога умного дома. Когда вы открываете входную дверь, свет приветственно зажигается. Полезная функция, при этом далеко не единственная, появившаяся на стыке технологий освещения, радиопередачи и мобильных устройств. Разбираемся, что такое умный свет, из чего он состоит и как им управлять дома.
Как устроен умный свет
Концепция умного дома подразумевает управление устройствами голосом или через единое приложение на смартфоне и создание сценариев автоматизации. Все это справедливо и для умного света. Сам по себе умный свет — это:
Обратите внимание на типы подключения к электросети, это важно для понимания множества вариантов работы. Каждый из приборов может быть обычным или умным. Чтобы прибор «поумнел», его снабжают модулем беспроводной передачи данных. Большинство работают по Wi-Fi, Bluetooth или ZigBee.
Возможности умного света
Дистанционно вы можете настраивать такие параметры осветительных приборов, как:
Есть два основных метода управления умным светом: подключение обычного прибора через умный девайс (например, обычная лампа + умная розетка) или использование непосредственно умных ламп, диммеров, лент и т. д. Варианты для удобства сведены в табличку.
Умную розетку можно удаленно выключить и включить, таким образом, манипулируя состоянием стандартного светильника. С помощью умного цоколя или выключателя тоже самое можно провернуть с лампочкой.
Если выключатель диммируемый, то можно менять и яркость. Это очень удобная опция, но будьте аккуратны и убедитесь в совместимости диммера и лампы!
Еще одна фишка выключателей — это работа от батарейки, что позволяет масштабировать свою систему без вмешательства в электросеть.
Умное реле подключается напрямую к проводке, так что через него можно контролировать состояние как розетки, так и встраиваемого светильника. Такие вещи лучше монтировать на стадии ремонта.
Умные лампы и светильники — это самостоятельные устройства, которыми можно полноценно управлять напрямую со смартфона.
В этом случае вы сможете дополнительно варьировать цвет и цветовую температуру. Учтите, что физические выключатели таких световых приборов должны всегда быть в положении «Включен».
Архитектура умного света
Для того, чтобы работали сценарии автоматизации, необходима связь между всеми элементами системы. При этом в сценариях часто используются датчики умного дома (движения, освещенности, открытия дверей). И общаются они по разным протоколам: Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee.
А почему бы не подключить все по Wi-Fi? Основная причина использования других протоколов — энергопотребление. ZigBee обладает большей энергоэффективностью, поэтому датчики работают годами от батарейки. Wi-Fi устройства же требуют постоянного подключения к электросети. Вторая причина кроется в топологии сети. Классическим беспроводным протоколам характерен тип «Звезда», что влечет за собой требования к размещению коммутатора. ZigBee изначально построен по ячеистой топологии (Mesh) для разворачивания сетей с большим количеством узлов. Сейчас доступны коммутаторы с поддержкой Wi-Fi- и Bluetooth-Mesh.
Подружить все умные устройства призван блок управления, например, Xiaomi Gateway 3. Он работает со всеми протоколами, собирает по ним данные от устройств и передает их на роутер. Если количество гаджетов измеряется десятками, то применяются промежуточные Bluetooth- и ZigBee-шлюзы. Итак, реперные точки архитектуры: датчики/устройства — шлюзы — блок управления — роутер — приложение.
Приложения для управления
Мы дошли до верхнего уровня управления — приложения в смартфоне. Его задача — предоставить пользователю удобный интерфейс для добавления устройств, контроля их параметров и создания сценариев, которые будут работать автоматически.
Напомним, что добавить гаджет можно либо напрямую, либо через шлюз. В первом случае это Wi-Fi или Bluetooth-устройство. Во втором — ZigBee или Bluetooth.
Не все гаджеты поддерживаются шлюзом и приложением. Обязательно проверяйте поддержку устройств перед приобретением в спецификациях производителя. В идеале должно быть указано, с каким конкретно софтом работает интересующий умный девайс.
Наиболее часто встречаются приложения для умного дома Mi Home от Xiaomi и HomeKit от Apple. Также стоит отметить отечественного производителя Rubetek, а также приложение Hue Sync от Philips, которое отличается тем, что оно разработано конкретно для технологии умного света.
С точки зрения «всеядности» с большим отрывом лидирует Mi Home. Помимо широкого ассортимента собственных продуктов Xiaomi (представленных суббрендами Aqara, Mijia, Yeelight) реализована поддержка умных ламп сторонних производителей, таких как Philips и IKEA. Часть этих гаджетов можно присоединить к экосистеме HomeKit, опять же посредством шлюза Xiaomi.
Самое интересное в приложение — сценарии автоматизации. Есть несколько встроенных и можно творить свои. Создаются они по принципу IFTTT — перечню условных команд «если, то».
Алиса, зажигай!
Не забываем про Алису и ее коллег по цеху голосовых помощников.
На русском умеет понимать только Алиса, поэтому про удобство использования других говорить сложно. С технической точки зрения ничего сложного — «Яндекс» поддерживает пять производителей, среди которых упомянутые Rubetek, Philips и Xiaomi. При подключении к аккаунту последнего станут доступными все имеющиеся устройства. Далее можно работать уже с известными Алисе командами, также объединяя их в сценарии.
Приведем несколько примеров крутых сценариев:
Умный свет — это одна из ключевых технологий умного дома. Современные осветительные приборы предоставляют джентльменский набор параметров для управления и способов управления ими. Это позволяет использовать готовые и создавать новые сценарии работы освещения вашей жилой площади. Система умного света становится все более доступной, масштабируемой и зависящей только от полета фантазии.
Умный свет: возможности по управлению освещением
Термин «умный свет» относится к среде, управляемой системами контроля освещения. Эти системы учитывают такие факторы, как наличие людей в комнате, освещенность и время суток, чтобы включать и выключать лампы, тем самым экономя электроэнергию и деньги пользователя.
Умный свет – это система, включающая в себя осветительные приборы и электронные системы, ими управляющие. Осветительные компоненты бывают самых разных видов: флуоресцентные лампы, диодные лампы, ксеноновые лампы и другие. Управляющие системы включают в себя сенсоры, микроконтроллеры, приемники и другие элементы, ответственные за поведение света.
В принципе, можно обходиться и обычными лампочками, но, к сожалению, они не могут предоставить весь спектр решений, которыми мы обладаем в эпоху Интернета вещей. Классические лампы являются бинарными устройствами, то есть имеют всего два состояния: включена или выключена. Промежуточных вариантов часто не оказывается – именно так работают лампочки с тех времен, когда они впервые появились в наших домах.
Умные лампы работают по-другому и предоставляют большие возможности по контролю. Благодаря тому, что они используют беспроводные технологии, вы можете управлять светом из любого места на Земле, используя мобильные устройства или ноутбук.
Умные устройства освещения дают позволяют создавать персонализированное и интеллектуальное окружение. Умный свет имеет большое количество полезных возможностей, например, система сможет имитировать ваше присутствие в доме, когда вы в отъезде, автоматически понижать яркость света при включении телевизора, выполнять функции будильника или сигнализировать вам о входящих звонках и сообщениях. Более того, лампы могут включаться автоматически, когда пользователь приходит домой, и управляться при помощи голосовых команд.
Установив датчики движения, можно регулировать работу светильников в коридорах, подсобных помещениях и так далее, то есть там, где люди обычно не задерживаются надолго. Автоматическое управление светом избавляет человека от необходимости искать в темноте выключатель: дом сам обо всем позаботится, например, включив свет на лестничной площадке перед входом в квартиру.
Однако не стоит забывать и про обслуживающие компании и поставщиков электроэнергии. Они тоже получают выгоду от использования клиентами умных технологий. У них появляется возможность просматривать статистику потребляемой энергии и, на основании полученных данных, автоматически приглушать свет на 10% в пиковые часы – эту разницу пользователь не заметит, но заметит и скажет «спасибо» его кошелек.
Объединив беспроводные технологии с энергоэффективными лампами в одном компактном решении, мы смогли изменить привычный порядок вещей. Световые сценарии – это настоящий клад для дизайнера интерьеров. Выделяя светом одни элементы интерьера и скрывая в полумраке другие, можно сформировать сразу несколько вариантов дизайна в одном помещении.
Термину «умное освещение» можно придать различный смысл, в зависимости от того, хотите ли вы иметь гибкое и полнофункциональное самостоятельное решение или интегрировать осветительные устройства в более масштабную систему домашней автоматизации. Что касается первого случая, то в сфере самостоятельно функционирующих устройств существует большой выбор продуктов от разных производителей. В основном это умные лампочки, визуально очень похожие на своих братьев с нитями накаливания.
Вот пара примеров таких устройств.
Лампа Philips Hue позволяет удаленно контролировать освещение, создавать и настраивать нужную атмосферу в помещении с помощью приложения на вашем смартфоне или планшете. Устройство обладает парой интересных режимов, как например: «Бодрящий свет», когда лампы включаются на полную яркость, и «Для чтения» – в этом случае все выбранные лампы изменят свет на белый с оптимальным уровнем яркости.
Функционально лампочки LIFX схожи с Philips Hue, но, в отличие от последних, им не нужен специальный передатчик (мост hue). Устройства подключаются к домашнему Wi-Fi-роутеру напрямую, без посредников. При наличии в помещении сразу нескольких осветительных элементов от LIFX, они передают сигнал по цепочке, чтобы не перегружать роутер.
Что касается ситуации, когда вам бы хотелось интегрировать устройства в глобальную систему умного дома, то в этом случае лампочки чаще всего не обладают «умными» составляющими, а управляются контроллерами.
Более грамотным решением будет использовать беспроводные переключатели и диммеры. Они работают точно так же, как обычные устройства этого типа – вы можете подойти к ним и вручную отрегулировать яркость освещения – но в добавок вы получаете возможность контроля на расстоянии при помощи мобильных устройств.
Примерами таких переключателей могут служить:
Linear Z-Wave Dimmer, который работает с различными хабами Z-Wave и поддерживает галогеновые, ксеноновые, LED-лампы и лампы накаливания.
Belkin WeMo Light Switch, которому для работы не требуется особый хаб: ему нужна лишь Wi-Fi-сеть и устройство под управлением iOS.
В заключение хочется отметить, что, как правило, построение интеллектуального дома начинается именно с функции управления освещением, поскольку одна эта функция способна значительно преобразить ваш опыт пребывания в своем доме.
Наши устройства для управления освещением в умном доме
Привет!
Почти год назад мы впервые представили наш контроллер для автоматизации — Wiren Board Smart Home. Скоро мы запустим продажи его новой версии — Wiren Board 4, а сегодня расскажем про два наших новых устройства из класса бюджетной проводной периферии для домашней автоматизации.
Для создания умного дома одним центральным контроллером не обойтись: требуются еще некоторые исполнительные устройства.
Контроллер Wiren Board ранее позиционировался как универсальный центр умного дома, который управляет исполнительными устройствами сторонних производителей.
Однако стало понятно, что для бюджетных инсталляций выбор периферии оказывается очень ограничен, и особенно остро проблема стоит, как ни странно, в самой распространённой области домашней автоматизации — в управлении освещением.
1.Какие варианты?
Среди готовых беспроводных устройств для управления светом бюджетного сегмента выбор состоит из однонаправленных (без обратной связи) устройств, работающих на частоте 433 MHz:
$20 за устройство) и т.п.
Отсутствие обратной связи, вместе с использованием порядком зашумлённого диапазона 433.92 MHz, делает использование этих устройств в домашней автоматизации очень неудобным. Ближайшие по цене устройства с обратной связью (Z-wave) стоят в несколько раз дороже.
С проводными устройствами ситуация обстоит немногим лучше: в бюджетном сегменте есть устройства на протоколах Modbus или ADICON, которые выпускаются несколькими производителями: ICP-DAS, “Разумный Дом”, Uniel. Многие продукты этих производителей удачные, но в целом цена устройств и цена за канал в тех исполнительных устройствах, которые не страшно использовать, не такая низкая, как хотелось бы. Некоторые производители не работают с розничными клиентами, и мало у кого они всегда есть в наличии.
Видя эту печальную ситуацию, мы решили запустить свою линейку проводных периферийных устройств.
В качестве пробного шара, были выбраны диммер для светодиодных лент и блок реле, которые работают по протоколу Modbus, стандарт RS-485.
2. Почему был выбран Modbus?
Modbus RTU — открытый коммуникационный протокол, основанный на архитектуре “ведущий-ведомый” (master-slave). Широко применяется в промышленности. Он весьма прост в реализации. RS-485 — стандарт передачи данных с помощью дифференциального сигнала по витой паре типа «общая шина», поэтому линия связи надежна и помехоустойчива. Расплата за это — необходимость прокладки кабеля.
В домашней автоматизации RS-485 удобен тем, что его можно разводить обычной витой парой CAT5 для Ethernet. При этом одна пара используется для данных, ещё две — для питания, одна остаётся свободной. Все устройства подключаются параллельно к одному кабелю. Ветвления, “звёзды” и кольца в топологии сети стандартом не разрешаются, но на практике даже такие сети вполне работают на расстояниях в десятки метров.
3. Локальное управление
Управление модулями осуществляется как по Modbus, так и локально, путем подключения двух внешних кнопок управления. Это позволяет работать модулям полностью автономно. Поэтому, подключив настенный выключатель, можно управлять освещением с него. Это удобно и в целом повышает надежность всей системы: при отказе центрального контроллера или обрыва шины RS-485, освещение продолжает нормально работать — просто без автоматизации.
Поддерживаются разные режимы работы кнопок: выключатели без фиксации (удобнее всего), обычные выключатели с фиксацией.
Поскольку модули работают в автономном режиме, а протокол Modbus поддерживают почти все ПЛК и контроллеры для домашней автоматизации, то модули можно закладывать при ремонте для будущего подключения к системе домашней автоматизации.
На модулях можно так же собирать группы проходных выключателей, в том числе использовать больше двух выключателей, подключенных параллельно. Работать это будет даже без центрального контроллера.
4. Централизованное управление
Шину с устройствами нужно подключить к контроллеру домашней автоматизации для управления. Мы разрабатывали устройства для использования с контроллером Wiren Board, но нет никаких ограничений по использованию модулей с другими контроллерами, поддерживающими Modbus RTU. Описание всех регистров доступно в нашей вики.
Каждое устройство Modbus на шине должно иметь уникальный адрес, поэтому стандартом для инсталляций на Modbus является процедура предварительной установки адреса. Адрес устанавливается путём отправки широковещательной команды записи в соответствующий регистр, при этом к порту должно быть подключено только одно устройство.
Мы постарались максимально упростить в этом месте жизнь пользователей, и распространяем устройства с заранее установленными адресами, которые написаны на модулях.
Кроме стандартных операций — установки цвета для LED-диммера и состояния реле для релейного модуля — в устройствах реализовано несколько других интересных возможностей.
Релейный модуль имеет функцию “Safety timer”, которая позволяет выключить реле, если модуль не опрашивался центральным контроллером в течение заданного времени. Функцию полезно применять например для управления нагревателями в термостатах, когда важно, чтобы нагрузка не оставалась включенной в аварийных ситуациях, например при обрыве шины или при проблемах с центральным контроллером.
Оба устройства позволяют контроллеру считывать текущее состояние кнопок. С каждой кнопкой также связан регистр-счётчик, который хранит количество нажатий на соответствующую кнопку. Это позволяет использовать подключенные к устройствам кнопки в пользовательских правилах.
Все эти функции доступны через регистры Modbus и поддерживаются соответствующим ПО на Wiren Board (код, как обычно, открытый и работает на любом устройстве с Linux).
Кроме этого, в модулях есть несколько служебных блоков регистров. В одном из таких блоков записан идентификатор модели, что позволяет делать автоматическую идентификацию устройств на шине. В ещё одном блоке записана версия прошивки.
5. Конструктивные особенности модулей:
Использование одностороннего поверхностного монтажа позволяет сделать модули достаточно компактными и простыми в производстве. Бескорпусный вариант исполнения (в термоусадочной трубке) существенно снижает себестоимость.
Мозги модулей — недорогой микроконтроллер STM32F0, с большим запасом по возможностям.
Потребление микроконтроллера и трансивера RS-485 довольно мало, что позволяет использовать линейные регуляторы для их питания. Рабочий диапазон напряжений модулей 8-24В.
Такой широкий диапазон рабочих напряжений обусловлен отсутствием единого стандарта в домашней автоматизации: в разных системах используются как 12В, так и 24В. Кроме этого, мы хотели обеспечить стабильную работу даже при проседании напряжения на кабелях.
Чтобы релейный модуль работал в широком диапазоне напряжений, была использована следующая хитрость: реле имеют рабочее напряжение 12 вольт, но МК измеряет входное напряжение и управляет катушкой реле с помощью ШИМ со скважностью D=12В/Uвх, т.е. средний ток через катушку реле остается номинальным даже при больших входных напряжениях. Также после включения реле, ток удержания устанавливается в половину от номинального — это в 4 раза снижает нагрев реле и общее потребление устройства.
При использовании ШИМа есть особенность: на низких частотах реле работают как динамик. Чтобы устройства не пищали, частота ШИМа выведена за звуковой диапазон и составляет 24кГц.
Силовые транзисторы LED диммера WB-RGB — IRF8736 (Vmax=30В, сопротивление канала всего
5мОм). Буфер 74HC125 повышает управляющее напряжение с 3,3В от МК до 5В на затворах. Это позволяет столь маленькой платке оставаться холодной даже при токе в 5А на каждый канал.
Для регулирования яркости светодиодных лент в LED-диммере используется ШИМ. В подавляющем большинстве конкурирующих продуктов частота ШИМ-а находится в районе 100-200 Гц, и в особо плохих случаях это приводит к заметному мерцанию освещения. В нашем устройстве ШИМ работает на большей частоте. Как и в случае с реле, частота выведена на границу звукового диапазона, но здесь это сделано, чтобы избежать писка некоторых не очень качественных блоков питания светодиодных лент.
Очевидно, что крайне желательна функция сохранения состояния модуля при отключении питания. STM32F0 имеет в этом плане неприятную особенность: у него нет встроенной EEPROM, только flash-память с очень ограниченным ресурсом перезаписи.
Писать во флеш-память каждый раз при получении нового значения — слишком расточительно, поэтому состояние хранится в оперативной памяти и сбрасывается во флеш только при пропадании питания. Момент выключения отслеживается по падению напряжения ниже некоторого порога.
Одного сохранения состояния при выключении недостаточно, т.к. количество перезаписей одной ячейки ограничено тысячей циклов. Поэтому следующий уровень оптимизации — использовать всю свободную память, т.е. записывать значения равномерно, используя разные ячейки.
Операция записи бита (т.е. установки единичного значения) во flash-память производится быстро, но стирание выполняется только постранично, занимает много времени и требует много энергии. Если свободных ячеек не осталось, нужно стереть всю страницу, прежде чем записывать новое значение. Для этого пришлось бы ставить огромный конденсатор для «резервного питания» при выключении.
Мы используем следующий приём: при включении МК мы первым делом проверяем наличие свободного места для записи во flash, если его нет — то освобождаем место для будущей записи путём стирания страниц.
6. Цены и планы
Мы планируем расширять линейку устройств на Modbus, поэтому будем рады обратной связи в голосовании и в комментариях о том, какие модули вы бы хотели видеть в продаже.
Контроллер для управления освещением LC-07
Жизнь в максимальном комфорте – естественное желание, к которому стремится каждый человек.
Именно по этой причине при обустройстве жилищ люди используют автоматические системы, разработанные с учетом строгих требований.
Управление освещением – одна из базовых функций «умного» дома, без которой не обойтись.
Свет мы используем очень часто, к тому же он является неотъемлемой частью интерьера.
Управление освещением – зачем нужна такая система?
Различные устройства, обеспечивающие автоматизированное управление домашними электроприборами, используются в загородных коттеджах и обычных городских квартирах. С их помощью можно создать идеальные условия для проживания в любом пространстве.
Освещение – динамичный элемент дизайна, выполняющий эстетическую и практическую роль. При использовании интеллектуальных систем оно изменяется мгновенно, «угадывая» Ваши мысли. При этом Вам не нужно задумываться о том, где находится выключатель в одной или другой комнате.
Посчитайте, сколько настольных ламп, люстр, бра в Вашем доме? А сколько выключателей? Много? Объединив все осветительные приборы в одну подсистему, можно значительно облегчить себе жизнь. Передвигаясь по дому, Вы больше не будете думать о том, выключил ли я свет в спальне или не забыл включить охранную сигнализацию. Все гораздо проще – нужно воспользоваться специальным устройством, с помощью которого осуществляется управление освещением во всем доме. Это удобно и очень просто.
Система домашней автоматизации сводит к минимуму количество выключателей. Она позволяет реализовать управление освещением посредством мобильных устройств и сенсорной панели. Автоматизация дает возможность регулировать напряжение, яркость света, а также в определенное время запускать световые сценарии. К примеру, в момент прихода жильца в дом освещаются комнаты или включается лампочка в то время, когда человек спускается со второго этажа по ступенькам.
При наличии автоматизированной системы управления освещением не нужно выключать все источники света, выходя из квартиры (дома). Достаточно нажатия кнопки при выходе из квартиры и система «Умный дом» не только отключит электроприборы и выключит свет, но и активирует охранную сигнализацию. Это еще одно преимущество, благодаря которому обеспечивается безопасность.
Кроме того, система домашней автоматизации позволяет сэкономить деньги на электричестве. При длительно работающем освещении и при отсутствии активности лампочки самостоятельно выключаются. Это хорошая функция, приносящая двойную пользу. Во-первых, в доме создаются безопасные условия, потому что свет, оставленный без присмотра, выключается. Во-вторых, экономятся деньги на оплате счетов за электричество. В нынешних условиях это значимый аспект, оказывающий положительное воздействие на размер семейного бюджета.
Устройство для управления освещением – надежный помощник.
В данной публикации я хочу рассказать о нашем контроллере освещения — LC-07.
Он создан для управления различными группами освещения посредством команд по протоколу HTTP.
Кроме того, возможна реализация прямого управления с помощью подключенных к нему стандартных выключателей.
Сначала я хочу представить Вашему вниманию ключевые характеристики контроллера LC-07:
Железо
Прошивка
Физические характеристики
(Изначально мы планировали в контроллере освещения использовать наш Ethernet-модуль, частично описанный в статье Умный дом. Начало. На фото выше он выделяется зеленым цветом на фоне разрабатываемой платы контроллера освещения).
После примерки и некоторых правок мы приступили к изготовлению первых образцов методом ЛУТ (картинка кликабельна):
(на КДПВ в начале статьи изображена готовая к монтажу данная плата)
Устройство прошло всестороннее тестирование и боевые испытания в квартире моего друга.
В ходе испытания выяснилось, что реле «залипают» в момент включения, хотя расчетная мощность подключенных к одному каналу светодиодных ламп была равна 81 Вт, а реле выдерживают по 1.5 кВт.
Мы пробовали реле разных производителей. Мы пробовали ставит даже магнитный пускатель.
В итоге мы перешли на симисторы и все заработало без проблем.
Хотя в другом доме уже 2 года стоят контроллеры LC-03 с реле OMRON и все работает.
После этого мы разработали усовершенствованный контроллер LC-07, в котором сделали интегрированный Ethernet-модуль и силовые ключи на симисторах (картинки кликабельны):
Готовый девайс без крышки (кликабельно): 
А как же другие технологии?
Говорить о беспроводных технологиях — смысла нет. Они имеют разные характеристики и применение. Использование проводных технологий подразумевает закладку проводов во все важные места квартиры.
Процесс монтажа контроллеров освещения (версия LC-03):
(картинки кликабельны)
Веб-интерфейс, отображающий статус входных и выходных каналов:
На скриншоте выше видно, что на выходе 4 канала напряжение есть, хотя реле в статусе «Выкл», то есть питание на реле не подается.
Это, как раз, и есть проявление эффекта «залипания» реле.
