Construcţii inteligente – Sistemul Radio F&Home

Radio F&Home este un sistem wireless pentru construcţii inteligente, fiind dedicat apartamentelor, caselor și spațiilor comerciale. Conceptul și capacitățile sale permit implementarea funcțiilor care până acum păreau a fi imposibile, sau disponibile numai pentru organizații și oameni bogați. F&Home este o soluție ieftină, iar design-ul modular permite o investiție treptată, în mai multe etape de-a lungul timpului. Noile caracteristici pot fi adăugate la sistem atunci când este necesar. Sistemul inițial poate cuprinde doar câteva elemente (care oferă deja o mulțime de oportunități pentru automatizarea clădirilor), și, în timp, poate fi extins prin module suplimentare pentru a spori funcționalitatea acestuia, și, astfel, pentru a oferi o mai bună adaptare la nevoile individuale.

Nucleul sistemului RADIO F&Home este serverul ce menține comunicarea cu modulele wireless, rețeaua locală, Internet, și o rețea de telefonie mobilă (prin intermediul unui modem 3G extern). Serverul stochează și rulează aplicaţia de management pentru controlul tuturor elementelor sistemului. Colectează, de asemenea, date de la senzori, le prelucrează în conformitate cu un program şi oferă date de ieșire pentru vizualizare. Unitatea are un server web, un ceas cu ora exactă și un sistem de control pentru operaţiunile executate. Circuite sale sunt caracterizate printr-un consum de energie foarte redus (typ 4 W.) şi o funcționare silențioasă. Serverul este programat printr-o rețea LAN sau WAN, utilizând o aplicaţie vizuală gratuită – WiHome Configurator.

Serverul sistemului RADIO F&Home

Alte componente de sistem sunt descrise mai jos. Cunoaşterea modului de funcționare și a rolului pe care îl au în cadrul sistemului este cheia pentru înțelegerea principiilor de funcționare aRadio F&Home și primul pas pentru proiectarea și programarea unui sistem specific. Acestea includ:

• componente fizice:
• senzori – colectează informaţia cu privire la condițiile fizice ale clădirii (temperatură, umiditate) sau despre anumite evenimente, cum ar fi prezența unor persoane (detecţia mişcării), starea contactelor/ butoanelor etc, și trimite aceste date către server
• actuatori – module care controlează diverse dispozitive, cum ar fi lămpi, boilere, robineţi apă, prize electrice, uşi de garaj, jaluzele, efectuând comenzile venite de la server (închidere/deschidere sau adaptare)
• componente non-fizice:
• evenimente – informații de la senzori, cum ar fi schimbarea de temperatură, detectarea mișcării, etc
• stare și logică – serverul este programat (procedură) să reacționeze în cazul unor evenimente specifice (sau modificari de stare – cum ar fi de ora din zi); o consecință logică a sistemului sunt comenzile
• comenzi – transmise de la server la actuatori – conţin informaţii despre starea solicitată pentru actuatori

Senzorii și actuatorii nu se bazează pe operaţii logice sau de memorie. Întreaga logică a sistemului este conținută în server. Fiecare senzor și actuator este reprezentat sub forma unui obiect virtual în cadrul serverului. Cu software-ul dedicat, utilizatorul poate stabili orice relații logice între elementele sistemului. Modulele comunică numai cu serverul, folosind link-uri wireless. Modulele pot fi împărțite în mai multe grupuri, în funcţie de modul de comunicare (o cale sau două căi), metoda de alimentare (baterie sau în curent alternativ), metoda de montaj (independent, montat într-o cutie sau pe șină). Fiecare modul este prevăzut cu documentație tehnică detaliată și o descriere a instalației.

Informațiile de la orice sursă (senzor) sunt procesate de către server conform algoritmului implementat. Rezultatul (comanda) este transmis, prin canalul de transmisie predeterminat, către actuatorul corespunzător. Actuatorul utilizează comanda pentru a controla dispozitivul electric conectat. Întreaga rețea se bazează pe topologia stea.

Architectura sistemului:
1. Senzori. 2. Evenimente. 3. Logică + stare (server).
4. Comenzi. 5. Actuatori.

Serverul WEB incorporat permite accesul la sistemul RADIO F&Home din orice locaţie, via Internet. Astfel:

• utilizatorul poate accesa de la distanţă electrocasnicele, prin intermediul telefonului mobil
• instalatorul (primind autorizare) poate accesa de la distaţă funcţiile de configurare şi mentenanţă

Topologia sistemului F&Home Radio

Transmisia wireless atent proiectată a sistemului F&Home Radio elimină efectele de interferență temporare și permanente. Transmisia centralizată între serverul RADIO F&Home și alte componente ale sistemului permit o conectivitate sigură. Comparativ cu metoda „peer to peer”, transmisia centralizată asigură o eficiență mult mai bună a sistemului. Metoda Error-Control pentru transmisia de date cu certificări și retransmisii crește semnificativ probabilitatea de livrare a mesajului la destinatar, ceea ce garantează un nivel ridicat de stabilitate și fiabilitate a întregii soluții.

Soluţii de transmisie wireless ce garantează o fiabilitate crescută:

• F&Home folosește intervalul de frecvență 860.6-878.6 MHz (banda europeană SRD 868 MHz), care este împărțit în 30 de canale. Puterea de ieșire a unui emițător este 4 dBm, și sensibilitatea unui receptor este -105 dBm.
• Fiecare sistem F&Home Radio este echipat cu seturi duble de emițătoare-receptoare care operează în paralel pe două canale separate prestabilite pentru server. Componentele sistemului pot comuta între cele două canale. Astfel, o interferenţă, chiar şi permanentă, pe un singur canal, nu destabilizează sistemul. Sistemul comută automat de pe un canal de transmisie pe celălalt canal, fără să apară interferențe. Într-un mediu cu zgomot redus, cele două canale oferă posibilitatea de a lărgi gama de sistem, prin folosirea unor antene cu polarizare diferită.
• Antenele serverului sunt conectate prin conectori SMA. Antenele senzorilor și ale actuatorilor sunt secțiuni de cabluri lungi de 85 mm, cu diametrul de 0,5 mm.

Emițătoarele cu puterea de ieșire de 8 mW funcţionează la o distanţă de maxim 100 m. În clădiri, distanţa scade în funcție de materialele de construcție utilizate și alte obstacole, cum ar fi mobila. Serverul trebuie să fie plasat în partea centrală a casei, unde există un flux suficient de aer . Aerul nu trebuie să fie contaminat, iar unitatea nu trebuie să fie amplasată în imediata apropiere a surselor de căldură (sobe, radiatoare, lumina directă a soarelui), şi nici lângă dispozitive generatoare de interferențe electromagnetice. Serverul nu poate fi introdus în cutii de metal.

Serverul F&Home Radio codifică radioemisia cu o cheie unică. Mesajele trimise în cadrul sistemului au o structură corespunzătoare. După primirea mesajului, serverul analizează integritatea datelor și compatibilitatea cheii. Un mesaj primit de la un alt sistem RADIO F&Home va fi ignorat întrucât va fi considerat drept interferenţă.

• Comunicare securizată în banda de 868 MHz
• Transmisie wireless la mare distanţă
• Confirmările și retransmisiile cresc în mod semnificativ fiabilitatea sistemului
• Topologia Stea – s-a renunţat deliberat la rețelele mesh pentru o mai bună utilizare a canalului de transmisie
• Viteze mari de transmisie a datelor
• Instrumente unice de configurare cu posibilităţi practice nelimitate
• Sistem în curs de continuă dezvoltare
• Tehnologie rentabilă

Un sistem pentru apartament se bazează pe „scene”. O scenă poate fi atribuită, de exemplu, orei din zi sau oricărei alte cerințe a locuitorilor. Iată câteva scene care pot fi executate în mod automat (în funcție de ora din zi), sau declanșate de la distanță de către utilizatori prin dispozitive portabile.

• Scena „De dimineaţă”
• Pornirea curentului la o priză din bucătărie conectată cu un filtru de cafea
• Ridicarea obloanelor sau jaluzelelor
• Pornirea fierbătorului de apă
• Creșterea temperaturii aerului în camera de zi, bucătărie şi baie, de exemplu, la 22 de grade (Celsius).
• Scena „Pe înserate”
• Reducerea luminozităţii becurilor la 40%
• Pornirea curentului la o priză din dormitor conectată cu o veioză
• Activarea sistemului de stropitori de gradină (care să funcționeze în condiții suplimentare, cum ar fi insuficienţa umezelii din cauza lipsei de ploaie)
• Scena „Noaptea”
• Coborârea obloanelor sau jaluzelelor
• Oprirea prizelor electrice din bucătărie
• Reducerea luminozităţii becurilor la 30%,
• Scăderea temperaturii aerului în camera de zi şi bucătărie, de exemplu, la 18 grade
• Scena „Dădaca”
• Vizualizarea imaginilor de pe camera/camerele video situate în camera copiilor
• Activarea funcţiei de detectare a mișcării, cu informare prin SMS, de exemplu, despre evenimente neașteptate în zonele predefinite
• Scena „Romantism”
• Oprirea principalelor surse de iluminat
• Activarea iluminării cu LED în nuanţă caldă la 30%
• Pornirea şemineului pe gaz
• Coborârea obloanelor sau jaluzelelor
• Activarea sistemului de încălzire a pardoselii în camera de zi

În plus, în cazul unor anumite evenimente, sistemul deţinut de un „smart homer” poate declanșa subsisteme selectate, cum ar fi:

• Secvenţa „Stropire”
• Ceasul astronomic indică apusul de soare de la ora 19:00
• Panoul cu prognoza meteo pe termen scurt informează despre un eventual cer înnorat, începând cu ora 18:00
• Senzorul de umiditate a solului nu înregistrează precipitații – pe baza datelor, sistemul porneşte stropitorile la 18:00
• În funcție de condițiile concrete, sistemul pornește și controlează şi luminile din curte.
• Secvenţa „Garaj”
• Șoferul activează această secvență cu un smartphone
• Senzorul de mișcare detectează maşina aflată în fața garajului
• Semnalul de la senzor declanșează serverul să trimită comanda de deschidere a porții
• Semnalul de la alt senzor de mișcare din garaj declansează serverul să pornească becul, precum şi electrocasnicele preselectate (de exemplu: fierbătorul pentru apă)

Aceste scenarii reprezintă doar o fracţiune din potenţialul sistemului de F&Home Radio. Ele sunt limitate doar de imaginaţia şi necesităţile utilizatorului.