«Умный дом» своими руками. Строим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире

Возможно также подключение между двумя клиентами, то есть двумя компьютерами, компьютером и КПК и т. д. Такой режим называется «точка-точка». Клиенты в таком режиме подключаются напрямую, посредством сетевых адаптеров.

Дальнейшая работа с подключенными к Wi-Fi компьютерами ничем не отличается от их работы в локальной сети. Конечно же, за исключением наличия самих проводов. При желании иметь во всей квартире беспроводной Интернет, точка доступа подключается к модему и, получая данные от него, передает дальше к запрашивающим их устройствам – ноутбуку, компьютеру, КПК.

Буквальный перевод Wi-Fi, то есть Wireless Fidelity, – «беспроводная точность». У нас в стране наиболее распространены три модификации стандарта Wi-Fi: IEEE 802.11a, b и g. Различаются эти модификации максимально возможной скоростью передачи данных и расстоянием между устройствами, на котором будет возможно соединение. Наиболее популярный IEEE 802.11b работает в диапазоне частот от 2,4 ГГц до 2,48 ГГц, максимальная скорость передачи информации – 11 Мбит/с, дальность передачи сигнала – 100 м. IEEE 802.11a работает на частоте 5 ГГц, а IEEE 802.11g – 2,4 ГГц, максимальная скорость передачи данных – 54 Мбит/с. Разрабатываемый стандарт IEEE 802.11n сможет обеспечить доступ на скорости до 320 Мбит/с.

Работает Wi-Fi таким образом. Точка доступа передает свой идентификатор (SSID – Service Set Identifier) каждые 100 мс. Если клиенту известны параметры сети, то есть идентификатор точки доступа, он может подключиться к ней. Однако нужно учитывать, что Wi-Fi имеет ограниченный радиус действия. Например, обычный маршрутизатор стандарта 802.11b или 802.11g, используемый в домашних сетях, имеет радиус действия до 100 м, а если учитывать преграды, то всего 50 м.

Диапазон действия Wi-Fi зависит от частоты: устройства, работающие на частоте Wi-Fi 900 МГц, имеют больший радиус действия, чем устройства с диапазоном 5 ГГц.

Недостатком технологии Wi-Fi можно назвать достаточно высокое потребление энергии. В случае с нашим стремлением сделать свой дом экономичным это нужно учитывать. Но все же потребление Wi-Fi не столь велико, чтобы стоило отказываться от комфорта.

Еще один минус Wi-Fi – возможность легкого взлома (что все-таки можно исправить установкой системы шифрования) и возможность наложения сигналов точек доступа, работающих на одном или соседних каналах. Если одна из этих точек доступа будет использовать систему шифрования или работать в закрытом режиме, а другая будет работать в открытом режиме, доступ ко второй точке может быть затруднен. То есть если вы и ваш сосед установите точки доступа Wi-Fi, могут возникнуть проблемы. Для разрешения проблем подобного рода Wi-Fi стоит настраивать на работу в защищенном режиме, однако это может занять несколько больше времени, чем настройка открытого доступа.

Несмотря на все это, Wi-Fi для «умного дома» – находка. Вам не нужно прокладывать лишние провода, что может, кстати, уменьшить стоимость развертывания сети. Поскольку распространение Wi-Fi очень широко, многие устройства различных производителей умеют взаимодействовать друг с другом, что в случае «умного дома», опять же, просто необходимо.

Bluetooth

Родоначальником Bluetooth была компания Ericsson – именно эта компания разработала спецификацию беспроводных персональных сетей в 1998 году. Зарегистрировала и оформила стандарт Bluetooth специальная группа Bluetooth Special Interest Group (SIG), в которую вошли Sony Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и Nokia (позже в группу вошли и другие компании). Сначала предполагалось, что технология будет использоваться только для радиосвязи. Однако со временем появились планы по созданию беспроводных локальных сетей, и Bluetooth стали использовать для объединения техники в сети.

Как и Wi-Fi, технология Bluetooth является беспроводной и обеспечивает обмен информацией между устройствами на доступной радиочастоте для ближней связи. Например, между КПК и мобильным телефоном, компьютером и ноутбуком, принтером и цифровой фотокамерой и т. д. Bluetooth-устройства совместимы и работают на частоте 2,45 ГГц. Радиус действия Bluetooth, как правило, от 10 до 100 метров, и зависит он от наличия преград и помех. Сейчас ведутся разработки нового класса стандарта Bluetooth, который сможет передавать данные на расстояния до 40 км.

Для работы со стандартом Bluetooth нет необходимости в том, чтобы технические устройства находились в непосредственной видимости, будучи «нацеленными» друг на друга. Bluetooth использует радиоволны, которые легко проникают через стены и мебель. Каждое Bluetooth-устройство имеет свой уникальный 48-битовый адрес.

Bluetooth является достаточно экономичной и дешевой технологией. Кроме того, устройства с Bluetooth могут быть довольно компактными, поэтому технология используется и в маленьких устройствах. К примеру, благодаря возможности Bluetooth одновременно передавать голосовые данные и обрабатывать информацию технология используется для создания беспроводных гарнитур для мобильных телефонов.

Стандарт Bluetooth допускает передачу как открытой информации, доступной всем устройствам, так и данных в защищенном режиме: либо по паролю, то есть только к зарегистрированным устройствам, либо при помощи защиты данных 128-битовым ключом при передаче в одну или обе стороны.

ИНТЕРЕСНО

Есть версия, что Bluetooth получил столь странное название (blue tooth – «синий зуб», англ.) благодаря датскому королю. Дело в том, что датский король Гарольд Блатанд был знаменит тем, что сумел объединить территорию, на которой сейчас находятся Дания, Норвегия и Швеция. С датского языка Блатанд переводится как «Синий зуб». Видимо, именно поэтому технология, объединяющая устройства при помощи беспроводной связи, стала носить имя короля, который жил в X веке.

Bluetooth работает в диапазоне частот, которые не подлежат лицензированию (кроме Японии, Франции и Испании). Как и Wi-Fi, радиосвязь Bluetooth занимает частоты от 2,4 до 2,48 ГГц.

При взаимодействии нескольких Bluetooth-устройств одно из них становится главным, оно и управляет синхронизацией. Остальные элементы, которых может быть не больше 8, становятся подчиненными (то есть в одной сети должно быть не больше 8 устройств). Если количество элементов оказывается больше, чем 8, образуется еще одна сеть – с еще одним общим устройством. Происходит это автоматически. Однако таких сетей не может быть больше 10.

Радиочастота от источника Bluetooth скачкообразно меняется 1600 раз в секунду. Последовательность переключения между частотами известна только источнику и приемнику, поэтому даже при наличии нескольких пар Bluetooth-устройств в одном помещении они друг другу не мешают. Каждые 625 микросекунд приемник и источник синхронно перестраиваются с одной частоты на другую по заданной последовательности. Такой алгоритм переключения частот и передачи данных называется FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum – широкополосный сигнал по методу частотных скачков). Метод прост в реализации, и, что важно, оборудование для него сравнительно дешево. Кроме того, такой метод обеспечивает устойчивость к широкополосным помехам. Кстати, алгоритм FHSS одновременно и защищает передаваемую информацию, так как переключение частот определяется для каждого соединения отдельно.

Если передаются цифровые данные, в случае потери какой-либо части информации сигнал передается еще раз – автоматически. В случае же передачи аудиоданных сигнал теряется безвозвратно, то есть не повторяется.

Благодаря поддержке EDR (Enhanced Data Rate – дословно «усовершенствованная передача данных», англ.) современные версии Bluetooth 2.0 и 2.1 позволяют развивать скорость передачи информации до 2,1 Мбит/с и 480 Мбит/с соответственно и совместимы с предыдущими версиями. В Bluetooth 2.1 введена поддержка энергосбережения, позволяющая устройствам работать гораздо дольше, улучшена защищенность, а также есть возможность присоединить к источнику два устройства одновременно.

Таким образом, технология Bluetooth как нельзя лучше подходит для использования ее в «умном доме».

Инфракрасное излучение

Многие устройства «умного дома» имеют фотоэлементы инфракрасного излучения, а пульты дистанционного управления – диоды. Каким же образом происходит их «общение», если между ними нет проводов?

Электромагнитное излучение, которое занимает спектральную область от видимого света (длина волны – 0,74 мкм) до микроволнового излучения (длина волны – 2 мм), называется инфракрасным. То есть на самом деле любое тело, нагретое до определенной температуры, излучает энергию в инфракрасном спектре (длина волны, излучаемой телом, зависит от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения). Поэтому инфракрасное излучение иногда называют тепловым. Кстати, наиболее известным природным источником инфракрасных лучей является Солнце.

Излучающая и поглощающая способность тел во многом зависит от их природы, плотности, поверхности и т. д.

Диапазон инфракрасного излучения делится на три составляющие:

? коротковолновая область: длина волны – от 0,74 до 2,5 мкм;

? средневолновая область: длина волны – от 2,5 до 50 мкм;

? длинноволновая область: длина волны – от 50 мкм до 2 мм.

Длинноволновая часть спектра примыкает к области микроволнового диапазона, а коротковолновая – к области видимого света. Из-за этого свойства радиоволн и видимого света присущи и инфракрасному излучению, то есть инфракрасные лучи могут проходить сквозь некоторые непрозрачные для видимого излучения материалы, а также отражаться, преломляться и передаваться прямолинейно.

ИНТЕРЕСНО

Инфракрасное излучение было открыто в 1800 году английским физиком Уильямом Гершеле. Сегодня инфракрасные диоды и фотоэлементы применяются повсеместно как в пультах дистанционного управления, так и в системах автоматики, охранных системах и т. п.

Как и радиоволны, инфракрасные сигналы не требуют проводов для передачи информации от одного устройства к другому. Однако, в отличие от радиосигнала, инфракрасные волны нечувствительны к электромагнитным помехам, что, конечно, является большим достоинством этой технологии. С другой стороны, высокая стоимость техники с устройствами преобразования электрического сигнала в инфракрасный и наоборот, а также низкая скорость передачи сигнала (меньше 5 Мбит/с) являются недостатком. Тот факт, что сигнал передается, как правило, всем устройствам, имеющим приемный фотоэлемент в пределах прямой видимости, может быть и достоинством, и недостатком. Передача сигнала каждому прибору может быть полезной, если нужно их синхронное включение, например. Но таким образом не обеспечивается секретность передаваемых данных.

Инфракрасный сигнал может передаваться на расстояние до нескольких километров, правда, только в условиях прямой видимости. Но чаще всего такие расстояния не используют – технологии инфракрасного излучения используются, как правило, для связи компьютеров, ноутбуков, мобильной и бытовой техники, которая находится в одном помещении. В таких условиях отражения сигнала от стен, пола и потолка придают надежность и устойчивость связи.

Следует заметить, что инфракрасные лучи совершенно безопасны для человеческого организма, что, несомненно, способствует их массовому применению в быту.

1.5. Системы безопасности

Жизненный опыт показывает, что профилактика обычно лучше борьбы с последствиями. Поэтому лучше подстраховаться, а не доводить до беды. Речь, конечно же, идет о безопасности нашего «умного дома»: это и информационная безопасность, и защита от утечек воды и газа, и система пожарной сигнализации. Установив подобную систему дома, можно спокойно отдыхать или работать где-то далеко, зная, что ваш дом защищен. А если все-таки что-то произойдет, датчики и системы автоматического контроля тут же оповестят вас через Интернет или при помощи мобильного телефона. Более того, с помощью этих же средств удаленно вы сможете управлять системами «умного дома» и контролировать их.

Датчики утечки воды

Чтобы обезопасить свой дом от утечек воды, в местах, где возможны такие происшествия: на полу под раковиной, под ванной, возле стиральной машины и т. д., – можно устанавливать специальные датчики. Такие устройства, называемые датчиками утечки воды (рис. 1.12), могут «обнаруживать» появление воды из систем водоснабжения или отопления – в тех местах, где ее быть не должно. Более того, такие датчики утечки воды могут подать сигнал хозяевам о том, что произошла авария, с помощью SMS-сообщения или через Интернет, да еще и перекрыть воду, чтобы она не распространялась дальше. Кроме того, такие системы могут быть снабжены звуковой и световой сигнализаций на случай аварийной обстановки.

Рис. 1.12. Датчик утечки воды

Датчики утечки воды следует использовать вместе с контроллерами и клапанами: первый – для управления системой, второй – для того, чтобы воду можно было перекрыть (для этого они врезаются в трубу с водой – рис. 1.13). Контроллеры обрабатывают сигналы от датчиков и выдают управляющие сигналы, которые подаются на клапаны, перекрывающие воду. Эти же контроллеры могут обеспечивать питание всех элементов системы, управлять сигнализацией и отправлять оповестительные сигналы (либо в таком контроллере может иметься реле, которое дает возможность подключения сигнализации или передачи сигнала на другие системы безопасности). Установка самих контроллеров, в отличие от датчиков утечки, которые должны находиться в непосредственной близости к потенциальному источнику воды, должна производиться в местах, где их контакта с водой не будет.

Рис. 1.13. Клапан для перекрытия воды

Клапаны для перекрытия воды в случае аварии получают сигнал от контроллера и перекрывают воду, удерживая ее до того момента, когда поломка не будет устранена.

Датчики утечки воды могут подключаться к безопасным источникам питания, предотвращая опасность при прикосновении к контактам, реагирующим на воду. Существуют также датчики, работающие не от электросети, а от аккумуляторов.

Последовательность установки системы:

1. Составление схемы размещения датчиков утечки воды, контроллера, клапанов.

2. Разметка мест установки устройств.

3. Прокладка проводов для питания устройств.

4. Врезка клапанов в трубы.