Дипломная работа: Информационные технологии в строительстве
X10
В качестве третьего стандарта, для ознакомления, был выбран X10 – один из наиболее, если не самый часто встречающийся стандарт автоматизации в домашних условиях. В качестве физической среды используется, главным образом, существующая электропроводка. Данный протокол и стандарт были разработаны ещё в 1975г. компанией Pico Electronics для того, чтобы осуществлять удалённый контроль за домашними бытовыми приборами.
Под данными в протоколе X10 подразумеваются управляющие сигналы и команды, с помощью которых ваша квартира собственно и становится «думающей». В одну сеть X10 можно связать не более 256 устройств, каждое из которых обладает собственным адресом. Это одна из самых простых систем превращения обычного дома в «умный». За считанные часы вы сможете сами оборудовать у себя в комнате «умный свет» или научить жалюзи закрываться ровно в десять вечера.
Несмотря на то, что у X10 существует множество конкурентов и она имеет свои недостатки, на сегодня это едва ли не самая популярная технология автоматизации домов и квартир в мире6.
X10. Эта технология появилась еще в середине 80-х годов и стала первой системой простой домашней автоматизации, когда при нажатии на кнопку происходит не одно, а сразу несколько параллельных действий. Управляющие устройства, собранные в систему X10, общаются между собой, используя обычную электропроводку, по которой пересылаются информационные сигналы. Настройка системы происходит по принципу «делай как я». Ты нажимаешь на выключатель, держишь его пару секунд, и он входит в режим обучения. Затем ты зажигаешь несколько лампочек, и выключатель это запоминает. В дальнейшем он будет проделывать такую процедуру самостоятельно.
Сейчас X10 — самая дешевая система на рынке. Многие профессионалы уверены, что именно она дискредитирует имя SmartHоuse. Электросеть не самый лучший проводник информации, из-за чего технология становится ненадежной.
AMX и Crestron
Американские централизованные системы. Все функции обработки информации сосредоточены в одном блоке — мощном центральном компьютере, работающем на своей собственной операционной системе. Этот компьютер принимает сигналы со всех датчиков и выключателей и пересылает их дальше — на приборы управления. По сути они являются разновидностями локальной компьютерной сети — проводной или беспроводной, решать заказчику. Централизованные системы предоставляют широкие возможности, и, естественно, они более надежны, чем X10. Из минусов можно выделить, в случае выхода из строя центрального компьютера — а работать ему приходится круглые сутки, семь дней в неделю — в данном случае будет означать блокировку всех механизмов. Также эта система имеет высокую стоимось.
EIB и C-Bus
Представляют собой так называемые распределенные системы «умного дома». Управление осуществляется не одним центральным компьютером, а целой сетью периферийных контроллеров, каждый из которых является обучаемым и программируемым устройством. Контроллеры присутствуют во всех звеньях сети — выключателях, диммерах, отвечающих за регулировку яркости света, датчиках движения, освещения, температуры и т.д. При этом, к примеру, C-Bus может насчитывать до 100 независимых контроллеров в сети и объединять в единую структуру до 255 таких сетей. С помощью этой системы умным можно сделать не только дом, но даже целый стадион или торговый центр. Что, собственно, и произошло в 1999 году в Сиднее со стадионом, построенным к Олимпиаде-2000, и знаменитым на весь мир зданием оперы.
Теперь несколько слов о минусах перечисленных платформ. У каждой из перечисленных технологий, есть как достоинства, так и недостатки. Суть недостатков, подчас, понятна лишь специалистам в этой области, но основная проблема очевидна. Это несовместимость технологий, приборов, техники, а также – в ряде случаев – ограниченные возможности по расширению и модернизации системы. С вопросами совместимости люди сталкиваются каждый день. Мы думаем о том, совместима ли материнская плата и видеокарта при сборке ПК, совместимы ли телевизор и DVD-проигрыватель при покупке ДК, совместим ли этот диск с этим приводом оптических дисков. Примеров множество6.
2.2 Компоненты системы управления «Умным домом»
Система управления умным домом строится по модульному принципу, что позволяет легко модернизировать систему и устранять неисправности, которые могут возникнуть при эксплуатации системы. Специалист по эксплуатации системы просто заменяет неисправный модуль работоспособным, и система продолжает нормальное функционирование. Кроме этого благодаря модульному принципу можно адаптировать систему управления умным домом под любые исполнительные устройства, имеющиеся в наличии на рынке товаров для автоматизации жилых помещений.
Оборудование для управления умным домом можно разделить на несколько больших групп
Центральный процессор.
Сердце любой системы. На нем выполняются программы реализующие логику управления домом. К центральному процессору подключаются остальные модули системы управления. Также центральные процессоры могут изготовятся в различных типах корпусов, в зависимости от предполагаемого места их установки.
Модули расширения.
Улучшают функциональные возможности центрального процессора и позволяют адаптировать систему управления для решения конкретных задач. Применение специализированных модулей часто также бывает экономически невыгодно, так как для решения задачи необходимо ставить несколько модулей и цена также поднимается. К тому же при увеличении количества модулей снижается быстродействие системы и возрастает нагрузка на ЦП.
Модули интерфейсов.
Набор команд и сигналов, с помощью которых системы умного дома общаются между собой и с системой управления называется протоколом обмена. В настоящее время в мире распространено порядка 10 различных протоколов для управления умным домом (EIB, X-10, RS-485, и др.). Кроме этого, поскольку в настоящее время не существует жестких стандартов на оборудования для умных домов, каждый производитель закладывает дополнительные особенности в протокол общения, которые присущи только для оборудования данного производителя. В связи с этим, остро стоит проблема совместимости системы управления с исполнительным оборудованием различных производителей.
Эта проблема еще усиливается тем, что фирма производитель специализируется на оборудовании одного класса (например, производство видео оборудования) и по этому качество устройств не входящих в этот класс (допустим кондиционеров) выпускаемых той же самой фирмой оставляет желать лучшего. По этому при создании умного дома обычно комбинируют оборудование разных производителей. Использование оборудования разных производителей может быть еще связано с их ценовой политикой.
В связи с этим существуют решения позволяющие объединить оборудование разных производителей, использующих разные интерфейсы и протоколы обмена данными. Модули интерфейсов помогают преодолеть проблемы совместимости оборудования, и позволяют использовать в «Умном доме» любое оборудование, которое поддерживает дистанционное управление.
2.3 Панели управления
Специализированные портативные компьютеры, оснащенные сенсорными панелями, предназначенные для управления работой умного дома. На каждой панели управления установлен специальный графический интерфейс, на который выводится информация о состоянии различных систем умного дома, и с которого активируются функции управления умным домом. Панели управления могут быть как универсальными, предназначенными для управления всем домом, так и специализированными, предназначенными для управления определенной системой (например, домашним кинозалом). Также панели управления можно разделить на следующие три класса.
а) Настенные панели.
В настоящее время выпускаются настенные панели управления различных размеров, но как показывает анализ потребительского спроса, наибольше популярностью пользуются панели управления с размером сенсорного экрана равным 12 дюймам. Связь между такими панелями и системой управления осуществляется с помощью витой пары.
б) Настольные панели.
Эти панели снабжены специальными подставками (кредл) для установки их на столе или любой другой горизонтальной поверхности. Настольные панели выпускаются в разном стилистическом и цветовом оформлении. Размеры настольных панелей также колеблются в широком диапазоне. Оптимальные размеры настольных панелей 15 и 17 дюймов. Панели меньшего размера обычно выглядят не эстетично, а панели большего размера требуют специального дизайна графического интерфейса, что ведет к их удорожанию. Настольные панели также как и настенные подключаются к системе управления с помощью проводной связи.
в) Переносные панели.
Позволяют переносить их с места на место, благодаря тому, что подключаются к системе с помощью беспроводной связи. Этот тип панелей работает от специальных аккумуляторных батарей и требует периодической подзарядки. Для этих целей используются такие же подставки, как и у настольных панелей, но если настольная панель жестко закреплена на подставке, то переносная панель легко снимается и надевается. Переносные панели также имеют разное оформление и размеры. Исходя из эргономических и экономических показателей, наиболее удобными считаются панели с размером сенсорного экрана равным 10 дюймам. Панели с размером экрана 4 дюйма достаточно дорогие и легко могут быть заменены карманными компьютерами(Pocket PC), кроме того, элементы интерфейса на таких панелях получаются достаточно миниатюрными, что затрудняет их использование. Панели с размером сенсорного экрана более 10 дюймов проигрывают 10 дюймовым панелям по эргономическим показателям
3. ИНТЕРФЕЙСЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМ
сеть интернет умный дом
По способу передачи информации интерфейсы подразделяются на параллельные и последовательные. В параллельном интерфейсе все биты передаваемого слова (обычно байта) выставляются и передаются по соответствующим параллельно идущим проводам одновременно. В PC традиционно используется параллельный интерфейс Centronics, реализуемый LPT-портами, шины ATA, SCSI и все шины расширения. В последовательном интерфейсе биты передаются друг за другом, обычно по одной (возможно, и двухпроводной) линии. Эта линия может быть как однонаправленной (например, в RS-232C, реализуемой СОМ-портом, шине Fire Wire, SPI, JTAG), так и двунаправленной (USB, 12С).
При рассмотрении интерфейсов важным параметром является пропускная способность. Технический прогресс приводит к неуклонному росту объемов передаваемой информации.
Вполне очевидно, что при одинаковом быстродействии приемопередающих цепей и пропускной способности соединительных линий по скорости передачи параллельный интерфейс должен превосходить последовательный. Однако повышение производительности за счет увеличения тактовой частоты передачи данных упирается в волновые свойства соединительных кабелей. В случае параллельного интерфейса начинают сказываться задержки сигналов при их прохождении по линиям кабеля и, что самое неприятное, задержки в разных линиях интерфейса могут быть различными вследствие неидентичности проводов и контактов разъемов. Для надежной передачи данных временные диаграммы обмена строятся с учетом возможного разброса времени прохождения сигналов, что является одним из факторов, сдерживающих рост пропускной способности параллельных интерфейсов.
Для повышения пропускной способности параллельных интерфейсов с середины 90-х годов стали применять двойную синхронизацию DDR (Dual Data Rate). Ее идея заключается в выравнивании частот переключения информационных сигнальных линий и линий стробирования (синхронизации). В «классическом» варианте данные информационных линий воспринимались только по одному перепаду (фронту или спаду) синхросигнала, что удваивает частоту переключения линии синхросигнала относительно линий данных. При двойной синхронизации данные воспринимаются и по фронту, и по спаду, так что частота смены состояний всех линий выравнивается, что при одних и тех же физических параметрах кабеля и интерфейсных схем позволяет удвоить пропускную способность. Волна этих модернизаций началась с интерфейса АТА (режимы UltraDMA) и прошла уже и по SCSI (UltralSO и выше), и по памяти (DDR SDRAM), и по системной шине процессоров (Pentium 4).
Немаловажен для интерфейса контроль достоверности передачи данных, который, увы, имеется далеко не везде. «Ветераном» контроля является шина SCSI с ее битом паритета, контроль паритета применяется и в последовательных интерфейсах, и в шине PCI. Шина ISA в этом плане беззащитна, как и ее «потомок» — интерфейс АТА, в котором до UltraDMA контроля достоверности не было. В новых интерфейсах контролю достоверности уделяется серьезное внимание, поскольку они, как правило, рассчитываются на экстремальные условия работы (высокие частоты, большие расстояния и помехи). Контроль достоверности может производиться и на более высоких протокольных уровнях (контроль целостности пакетов и их полей), но на аппаратном уровне он работает, естественно, быстрее.
Различают три возможных режима обмена устройств:
-Дуплексный,
-Полудуплексный
-Симплексный.
Дуплексный режим позволяет по одному каналу связи одновременно передавать информацию в обоих направлениях. Он может быть асимметричным, если значения пропускной способности в направлениях «туда» и «обратно» существенно различаются, или симметричным. Полудуплексный режим позволяет передавать информацию «туда» и «обратно» поочередно. Симплексный односторонний (во встречном направлении передаются только вспомогательные сигналы интерфейса).
Другим немаловажным параметром интерфейса является допустимое удаление соединяемых устройств. Оно ограничивается как частотными свойствами кабелей, так и помехозащищенностью интерфейсов. Часть помех возникает от соседних линий интерфейса — это перекрестные помехи, защитой от которых может быть применение витых пар проводов для каждой линии. Другая часть помех вызывается искажением уровней сигналов.
Существенным свойством является возможность «горячего» подключения/отключения или замены устройств (Hot Swap), причем в двух аспектах. Во-первых, это безопасность переключений «на ходу» как для самих устройств и их интерфейсных схем, так и для целостности хранящихся и передаваемых данных и, наконец, для человека. Во-вторых, это возможность использования вновь подключенных устройств без перезагрузки системы, а также продолжения устойчивой работы системы при отключении устройств. Далеко не все внешние интерфейсы поддерживают «горячее подключение» в полном объеме, так, например, зачастую сканер с интерфейсом SCSI должен быть подключен к компьютеру и включен до загрузки ОС, иначе он не будет доступен системе. С новыми шинами USB и Fire Wire проблем «горячего подключения» не возникает. Для внутренних интерфейсов «горячее подключение» несвойственно. Это касается и шин расширения, и линеек памяти, и даже большинства дисков АТА и SCSI. «Горячее подключение» поддерживается для шин расширения промышленных компьютеров, а также в специальных конструкциях массивов устройств хранения8.
3.2 Скоростные интерфейсы LVDS и M-LVDS
Разрядность и быстродействие контроллеров, процессоров и изделий на их основе постоянно возрастают. Производительность всей системы сильно зависит от скорости обмена данными между устройствами. В последнее время для этого всё чаще используют высокоскоростные интерфейсы LVDS (Low-Voltage Differential Signaling или дифференциальный метод передачи с использованием сигналов низкого уровня) и M-LVDS (Multipoint-LVDS или многоточечный двунаправленный способ обмена информацией). Они позволяют организовать сверхскоростной обмен между микросхемами на печатной плате, а также эффективное взаимодействие между блоками и стойками. На передающей стороне параллельный код преобразуется в последовательный. На принимающей - выполняется обратное преобразование информации. Такой способ обмена позволяет существенно уменьшить количество соединительных проводников, сократить габариты разъемов при увеличении надежности и уменьшении стоимости всего комплекса.
На рис. 1 показаны соотношения скорости обмена и допустимого расстояния для разных интерфейсов.
Рисунок 1. Соотношения между скоростью обмена и расстоянием для разных интерфейсов
Из рис. 1 очень хорошо видно, что каждый тип интерфейса имеет свою нишу и предназначен для определенных областей применения. Основное назначение любого последовательного интерфейса - "сворачивание" параллельного кода в скоростной последовательный канал и "разворачивание" последовательного кода в параллельный на приемной стороне.
