Безжична радио мрежа, създадена специално за интелигентния дом

В тази статия: Цели за дизайн на безжични комуникации ZigBee Области на приложение на радио мрежата ZigBee; какви устройства са включени в тази мрежа; предимства на ZigBee Radio; сценарии за интелигентен контрол на дома.

Повече от век човечеството използва различни домакински електрически уреди, електрическата светлина стана позната и обичайна за нас, защото електроенергията се доставя в почти всеки дом днес. Въпреки това домакинските електрически уреди и устройства трябва да бъдат управлявани по някакъв начин, което принуждава собствениците на жилища да решат не само проблема с реалната конструкция на кабелна система за захранване, но и внимателно да планират точките за поставяне на превключватели, контролни панели за различни системи за интелигентни дома. Освен това не е възможно точно да се вземат предвид позициите за всички необходими превключватели, а това е досадно и изпълнено със скъпи капиталови ремонти, за да се изкопаят стени под нови точки. Система, базирана на радио ZigBee, може напълно да реши този проблем и не само него..

Безжична мрежа за интелигентен дом

През последните две десетилетия безжичните комуникационни мрежи като Bluetooth и wi-fi станаха широко разпространени и добре познати за нас. Те са подходящи за интернет мрежи, но не са достатъчно удобни за използване в системи за интелигентно управление на дома поради тесните ограничения в броя на устройствата, свързани към такива мрежи, високата консумация на енергия, сравнително бавното реагиране (например за Bluetooth е 3 секунди) и, което е важно, качеството на комуникацията зависи от структурните бариери между мрежовите устройства. Мрежите, изградени на протокола ZigBee, превъзхождат другите мрежови колеги във всички точки, описани по-горе.

Развитието на мрежи, базирани на радио ZigBee, започна през 1998 г. по инициатива на Philips, след неуспешни опити на инженери в редица водещи компании за потребителска и медицинска електроника да използват Bluetooth и wi-fi в своите приложения. Алиансът ZigBee, който развива съответната цифрова радио мрежа, днес включва представители на няколкостотин световни компании, които се интересуват от този продукт..

Интелигентен дом – зона на приложение с протоколи ZigBee Radio:

• домакински уреди, предназначени за забавление на домакинствата (музикално и филмово оборудване);
• контролери, които контролират осветителни устройства, температурни условия, оборудване за сигурност;
• алармени контролери, отговорни за мониторинга на консумацията на електроенергия, вода, газ, противопожарна и димна система, управление на достъпа до сградата и др..

Безжичните сензорни мрежи ZigBee се използват както в домакински, така и в индустриални зони, консумацията на енергия на техните съставни устройства е изключително ниска, което позволява на устройствата да работят правилно в продължение на две години, без да зареждат или подменят батерии. Скоростта на отговор в такива мрежи е 0,015 секунди, т.е. надвишава подобни параметри на Bluetooth мрежите 200 пъти.

Устройствата, които изграждат радио мрежата ZigBee, са разделени на три типа – координатор, рутер и крайно устройство.

Координационното устройство е отговорно за формирането на мрежовото дърво и комуникацията между други мрежи, във всяка мрежа на ZigBee Radio има поне едно такова устройство, което стартира мрежата в експлоатация. В същото време координаторът изпълнява функциите за осигуряване на сигурността на мрежата и настройване на свързаните към нея устройства. Базата му съхранява информация за мрежовото дърво и всички устройства, включени в тази мрежа – при откриване на ново устройство координаторът определя приемането му и синхронизира работата на мрежата, като взема предвид това устройство.

Рутерът транспортира пакети данни между мрежови устройства и стартира приложения. Общият брой на рутери в дадена мрежа зависи от броя на крайните точки, обслужвани от всяко от тези устройства – максимум 32 мобилни или спящи възли могат да бъдат свързани към един рутер. Тъй като работата на тези устройства е свързана с постоянното изпращане и получаване на мрежови данни, те са свързани към стационарен източник на енергия.

Крайното устройство (мобилен или спящ възел) е в състояние да приема и предава информация само на един възел (или рутер, или координатор), това устройство не прехвърля данни между устройства и е проектирано да намали натоварването на мрежовите възли, което им позволява да минимизират консумацията на енергия. По принцип крайните устройства са различни изпълнителни контролери и сензори.

Как можете да използвате радио мрежата ZigBee

Една от популярните области за използване на продукти за окабеляване, в която се прилага технологията ZigBee, е програмирането на сценарийни действия, реализирани от системата за контрол на интелигентния дом в отговор на определено събитие. Такова събитие може да бъде докосване на определен ключ за превключване, сигнал от един от сензорите (например нивото на осветеност, дим, влажност, температура, движение и т.н.) или таймер.

По този начин натискането на един бутон ще бъде последвано от поредица от действия, които определят сценария – някои групи лампи ще се изключат, а други ще се активират, ролетите ще променят позицията си, температурния режим на отоплителните устройства, режима на работа на системата за сигурност и т.н..

Натискането на бутоните и включването на скриптове, програмирани за това натискане, се придружава от светлинна индикация в близост до бутона – червена LED светлина означава активиране на този сценарий, зелена показва наличието на захранване (преминава към червена светлина при натискане на клавиша). Сценариите могат да се управляват и дистанционно – с помощта на дистанционното управление или чрез GSM канал, от смартфон.

Разбира се, възможно е да се изградят необходимите мрежи и да се програмират за определени сценарии, като се използва класическо окабеляване, но това ще изисква десетки метра кабел, многометрови канали в стените, значително количество работа и много време, да не говорим за неизбежния основен ремонт. И след това – ще бъде ли възможно да се предвидят всички бъдещи нужди на домакинствата в хода на такава работа, защото след известно време тези нужди ще се променят, ще искате да промените нещо, например да допълвате съществуващата система с нови мрежови устройства, което ще означава нови основни ремонти и нови разходи?

Междувременно, радио мрежите в умен дом няма да изискват полагане на нови електропроводи и промяна на точките за поставяне на превключвателите – има решения за традиционното окабеляване, които позволяват комбинирането му с безжична мрежа, при условие че старите превключватели са заменени с нови, оборудвани с радиоустройство.

Решения за традиционно окабеляване

Безспорното предимство на мрежите, базирани на радио ZigBee, е възможността да разширите броя на участниците в мрежата до 65 000 устройства, да изпращате и получавате пакети в мрежата със скорост 250 Kbps, няма нужда от неутрално (заземяване), самовъзстановяване и конфигуриране. В случай на повреда на един от мрежовите устройства-рутери, връзката между командата и изпълнителното устройство няма да бъде прекъсната, тъй като всяко изпълнително устройство, ако е необходимо, е способно да предава радиосигнали на команди през своите канали към устройства в мрежата.

Размерът на радиоустройството ZigBee не надвишава 25 мм, следователно снабдените с него аксесоари за окабеляване могат да бъдат монтирани в монтажни отвори със стандартни размери, а липсата на нужда от електрическо окабеляване ви позволява да поставите такъв превключвател върху всяка повърхност в помещението, като се придържате към него. И ако по-рано трябваше да станете и да отидете до мястото, където е поставено устройството, за да промените интензивността на светлината, да оцените посетителя на вратата, да намалите или увеличите температурата в помещението и т.н., тогава с устройства за радио ZigBee това не е необходимо – просто трябва да се обърнете към разположеното устройство на всяко място, удобно за членовете на домакинството, например, близо до любимия ви стол или работен плот.

Нивото на комфорт на нашите къщи и апартаменти се състои от много компоненти – преди 30-40 години основните критерии бяха наличието на отделна баня, улей за боклук и газова печка, близостта до къщата на автобусна спирка или метростанция. Днес нивото на комфорт директно зависи от добрата почивка след работните дни, възможността да се отпуснете, без да редувате работа и домакински проблеми помежду си. И системите, базирани на ZigBee Radio, са създадени точно за тази цел..