Обзоры
iДом
0

iДом

Забудь себя и ненадолго
кирпич облупленных казарм…

И. Бродский

Тема этой статьи, по большому счету, даже более далека от нашей сегодняшней действительности, чем проблемы поиска марсохода Pathfinder. Но… "Грязь сверкает как антрацит…", и вечером, во мраке подъезда, все чаще спотыкаешься об уставших сограждан — весна неумолимо близка. Именно в такое "межсезонье", как заметил веселый классик, самое время сочинять веющие уютом стихи "Под тихий звон часов Буре…". В нестихотворную же (т. е. нашу с вами) эпоху ничего другого не остается, как набрать в строке поиска AltaVista не менее уютную фразу "home automation".

Много шума из ничего

Типовой интерфейсный модуль X10 с также типовой стоимостью… $140

От информационного изобилия, которым откликаются поисковые машины на плохо определенное сочетание слов home automation (HA — автоматизация жилья), после недельного анализа остается совсем ничего. Несколько десятков небольших компаний, производящих не блещущий разнообразием набор "информационных аксессуаров", пара-тройка специализированных сетевых протоколов и… смутное подозрение отсутствия ответа на самый главный вопрос. А именно: "Что и зачем вообще автоматизируется (раз уж речь зашла об автоматизации)?". Вторая неделя углубленного анализа позволяет смело утверждать — мы вторгаемся в terra incognita, где еще не ступала нога Инженера Разумного (это такой вымирающий подвид Homo Sapiens). Результаты третьей недели, посвященной изучению так называемых на Западе DIY (Do It Yourself — сделай сам) систем home automation и даже "автоматизированных" домов, способны повергнуть в глубокое уныние самого убежденного оптимиста и заставить смеяться до слез не менее убежденного пессимиста: HA начинает казаться персонажем из анекдотов о "новых русских" (потому как все это безумно дорого и непонятно зачем). Собственно, такой "оптимистической трагедией" можно было бы и завершить короткий экскурс, но хочется оставаться реалистом.

Сегодня "умного дома"

Нарушая все каноны элементарной логики, автор осмелится сначала кратко обрисовать состояние дел на рынке HA и доминирующие в этой сфере технологии, а только потом перейти к формализации понятия "умного дома" (согласитесь, это звучит куда более уютно, чем аббревиатура HA). Поводов для такой непоследовательности несколько, но главная заключается именно… в отсутствии хоть в небольшой степени вразумительного понятия home automation.

По непонятным причинам, наиболее часто с термином HA ассоциируется… сетевой протокол X10 — сугубо американский, ориентированный на передачу команд по очень низкоскоростным соединениям (несколько сотен бит в секунду) и использующий в качестве физического канала передачи информации имеющуюся в каждом (американском, конечно) доме силовую проводку 110 В. Идея такого экономичного подхода на первый взгляд кажется симпатичной, ведь дополнительные провода означают весьма ощутимые затраты. Но на этом все прелести X10 исчерпываются — контроллеры физического уровня для реализации домашней "сети" по этому протоколу достаточно сложны (в них для гальванической развязки сильноточной и слаботочной частей схемы используются малогабаритные трансформаторы) и дорогостоящи (порядка нескольких десятков долларов за одно подключенное устройство).

Остальные электронные элементы бытовой автоматизации представляют собой мелкосерийные несложные микроконтроллеры, ничем примечательным даже на фоне любительских разработок не выделяющиеся. Еще более грустная картина наблюдается на рынке исполнительных электромеханических элементов, предназначенных сугубо для "домашнего" использования. Последний ключевой элемент — управляющее программное обеспечение — находится в "зародышевом" состоянии: существует несколько весьма узкоспециализированных систем из категории shareware, крупные разработчики ПО не торопятся занять рыночную нишу с "размытыми границами".

Что такое "умный дом"

Вот мы и подошли к самому сложному фрагменту описания home automation. Причем само понятие сложности в данном случае совершенно необычно — в отличие от более изученных его проявлений (определяемых или огромным количеством подсистем с хорошо изученным поведением или наличием "закрытых", неизвестных подсистем), сфера психологии, в которую мы неизбежно попадаем, давая дефиницию понятия "умного дома", является в некотором смысле "черной дырой". С другой, технологической стороны, ситуация совершенно противоположна — накопленный потенциал разработок огромен, стоимость реализаций сложных электронных систем снижается чуть ли не с каждым днем, короче говоря, полная определенность. Именно она (определенность) и поможет нам в формировании достаточно точного понятия HA.

Давайте на секунду забудем привычный "ПК-центрический" подход — при расширении области наших запросов к комфорту до реальных, вещественных пределов, ПК оказывается совершенно неадекватным требованиям вещественного мира (это утверждение не голословно, и справедливость его подтверждается неувядающей популярностью основанных на VME-шине промышленных вычислительных систем). Несмотря на это фанатики ПК могут чувствовать себя спокойно — их любимцы остаются важнейшим элементом HA.

Теперь наступила пора определиться с houme automation раз и навсегда. "Умный дом" — это максимальная утилизация существующих технологий, направленная на решение повседневных, обыденных проблем конкретных людей и общества в целом. Можно даже осмелиться создать краткий перечень таких проблем. Важнейшая общечеловеческая задача — экономия энергоносителей, от решения в глобальном масштабе которой зависит и состояние окружающей среды, и даже жизнеспособность человека как биологического вида. Вторая не менее важная задача — повышение производительности труда — на первый взгляд никакого отношения к "умному дому" не имеет. Но достаточно высокий уровень персонального комфорта (выражающийся в малых затратах времени на решение обыденных и не имеющих к производству отношения проблем) положительно сказывается на производительности труда — это азбучная истина. Третья задача таит серьезные "подводные камни" и также отражает общечеловеческие запросы: безработному, извините, никакой "умный дом" не поможет. И любая массовая технология, ведущая к сокращению рабочих мест, грозит кризисом, латентным или явным (к слову, модную сегодня электронную коммерцию с такой точки зрения еще никто не рассматривал). Четвертый фрагмент нашей "мозаики" также не допускает однозначно "ура-патриотического" толкования. Речь идет об информации, точнее, об информированности. Свобода доступа и максимальные удобства в оперировании информационными массивами сами по себе не являются гарантами демократичности общества: в середине восьмидесятых совершенно свободно можно было зайти в книжный магазин "Политиздат" и не менее свободно выбрать любую книгу… из имеющихся. Но все-таки такая свобода лучше, чем полное отсутствие книжных магазинов. И наконец, "пятый элемент", самый приятный — одновременно максимальные комфорт и безопасность личной жизни.

Умная архитектура

Разнообразие требований, определяющих нечто, соответствующее понятию HA, на самом деле существенно облегчает задачу формирования технического облика "умного дома". Свобода доступа к информации требует высокопроизводительной локальной сети (компьютерные формы информационных массивов компактностью не отличаются, а попытки текстового представления "всего" не соответствуют требованию максимального комфорта). Высокая безопасность подразумевает не только и даже не столько гарантии надежного функционирования электромеханических и электронных устройств, управляемых системой HA (за решение этой задачи должны отвечать сами разработчики таких устройств), сколько высочайшую и оправданную степень доверия пользователя ко всей "технологической начинке" своей обители. Задача энергосбережения помогает определиться с элементной базой и одновременно подсказывает целый ряд программно реализуемых подсистем, обязательно необходимых в любой полноценной HA-архитектуре.

Начнем, пожалуй, с локальной домашней сети. То, что такой элемент инфраструктуры необходим, в особых доказательствах не нуждается. Но вот какой должна быть эта сеть? Понятно, что быстрой и дешевой. Менее очевидное требование вытекает из характера основной электронной "начинки" HA-систем: здесь царствуют микроконтроллеры стоимостью до $5. С точки зрения разработчика, этот факт немаловажен — дешевеющие "скорострельные" сети (например, FastEthernet), увы, не предоставляют удобных и недорогих микросхем, позволяющих интегрировать копеечный контроллер в такое сетевое окружение (в принципе, это возможно, но за совершенно неприемлемые для массового рынка суммы). Более того, даже ставшие обыденными Ethernet-сети далеко не оптимальны для домашнего использования: некоторые однокристальные реализации сетевых "карт", например от Winbond или CirrusLogic, прекрасно "уживаются" с малоразрядными микроконтроллерами, но увеличивают стоимость одного управляющего элемента на $10—15. Дополнительные расходы вызывает и топология Ethernet-сетей, требующая применения концентраторов. Замечательная и прекрасно выполняющая свои функции в индустриальных применениях Arcnet идеально подходит и для "домашнего" применения (известная компания SMC производит дешевые контроллеры Arcnet, подробнее о них — www.smsc.com), единственное "но" — невысокая производительность Arcnet, существенно ограничивающая информационные возможности "умного дома". Об ориентированных исключительно на управление операциями "Вкл/Выкл" "сетях" типа уже упомянутого X10 вообще говорить не хочется… Остается одно — поискать что-либо подходящее по быстродействию и цене, и здесь разработчику HA могут пригодиться или старые и классические последовательные шины и протоколы (RS485), или экзотические, но куда более перспективные "новички". Один из новых последовательных интерфейсов — LVDS (Low Voltage Differential Signaling — низковольтная дифференциальная передача сигналов), разработанная National Semiconductor (подробная информация для любознательных — в www.national.com/appinfo/lvds/), позволяет передавать данные по обычной витой паре на расстояние, например, до 15 м со скоростью 50 Mbps. При этом чип—формирователь сигналов LVDS стоит в розницу не более $1, обеспечивая высокую надежность передачи сигналов даже при наличии достаточно интенсивных помех. Естественно, что выбор LVDS можно считать субъективным, но возможности у этого интерфейса действительно очень высоки.

Протоколы, выполняющие всю "черновую" низкоуровневую работу в сети "умного дома", — предмет особого разговора. Единственное, что можно о них сказать определенно, — их нет. Нет в том смысле, что еще никто не пытался создать что-либо подобное. Мы же попробуем просто очертить границы потенциально перспективного сетевого протокола HA во всем пространстве известных в сетевом мире идей. Критериев, на основании которых будет проведена такая "граница", на самом деле совсем немного — низкая стоимость реализации и достаточный уровень надежности. Последняя обеспечивается LVDS и характером применения системы (все-таки это жилой дом, а не испытательный полигон), а вот низкой стоимости можно добиться только оптимизацией топологии сети (стоимость электронных компонентов по сравнению с затратами на развертывание кабельной проводки пренебрежимо мала). В свою очередь, выбор удачной топологии подсказывает и удачные решения в области протоколов. Вспоминая еще раз Arcnet, можно констатировать, что заложенные в ней идеи (кольцевая топология и маркерный протокол, www.arcnet.com) прекрасно соответствуют нашим задачам, а простота программной реализации позволяет разработать необходимый сетевой контроллер как на быстром и дешевом микропроцессоре, так и на совсем копеечной микросхеме программируемой логики малой степени интеграции.

Выбор основного микропроцессора для создания ключевого элемента "умного дома" — управляющего контроллера, обусловливается самыми разными факторами (в том числе и личными пристрастиями разработчика). Автору, в частности, кажутся очень перспективными быстрые и недорогие чипы семейства AVR (компания Atmel, www.atmel.com), микропотребляющие 16-битовые контроллеры Texas Instruments семейства MPS430 и, наконец, классические клоны i8051. Здесь главное не сверхвысокая производительность, а доступная цена, отличная поддержка средствами разработчика и, в конце концов, популярность.

Программное обеспечение управляющих контроллеров — также открытая тема, но… Дом — это не производство с его требованиями к очень малому времени реакции, а домашний пользователь в основной своей массе — неквалифицированный оператор сложных систем управления. В таком случае можно поступиться скоростью реакции в пользу дружелюбности системы и простоты ее настройки на выполнение конкретных задач. Такое сочетание предопределяет исключительную важность встраиваемых микроHTTP/FTP-серверов и клиентов в создаваемой нами архитектуре iДома. Действительно, на сегодняшний день нет смысла изобретать велосипед и уж тем более городить мегабайты клиент-серверного кода для управления температурой воды в ванной. Одно маленькое "но" — если прежде речь шла о микрореализациях серверов, то почему бы не расширить область миниатюризации до клиентского уровня? Броузеры ведь могут быть разными и совсем не обязательно должны уметь выполнять рендеринг HTML 4.0. Гораздо важнее то, что они обязаны обеспечивать формирование HTTP-запросов и обработку ответов на них…

Вот мы и добрались до момента, когда надо выяснить ответы на самые важные вопросы: как всем этим управлять, какие сервисы от всего этого можно получить и сколько все это может стоить? Немногочисленные производители HA оборудования, к сожалению, не радуют разнообразием ассортимента человеко-машинных интерфейсов для "умных домов" и уж тем более творческим подходом к созданию принципиально новых, дружелюбных и дешевых решений. А ведь они буквально "валяются под ногами"…

Попробуем вместо опостылевших пультов дистанционного управления представить себе совершенно иное (и куда более многофункциональное) устройство: плоскую акустическую систему, выполненную по технологии компании NXT (о ней рассказывалось в предыдущем номере) и дополненную буквально несколькими электронными компонентами: управляющим контроллером с ПО микроброузера, одной или несколькими микросхемами RSC-364 компании Sensory (www.sensoryinc.com), чипом "текст-речь" RC8650 (производства RC System, www.rcsys.com) и микрофоном. Получившийся гибрид можно назвать говорящим и слушающим терминалом, в котором функции распознавания и синтеза речи полностью реализуются упомянутыми микросхемами и не требуют сложной программной поддержки со стороны управляющего контроллера. RSC-364 фактически является преобразователем типа "фраза—код команды", причем одна микросхема "запоминает" до 15 фраз на любом языке продолжительностью до 2,5 с, а RC8650 представляет собой полнофункциональный преобразователь "форматированный ASCII текст—речь", способный принимать синтезируемый текст по обычному интерфейсу RS232 или прямо с шины данных восьмибитового микропроцессора. Сообразили, как это все может работать? Подскажу — вы просто говорите своему висящему на стене "воузеру" (от voice + browser): "Почитай новости". Если эта фраза известна RSC-364, она создаст соответствующую комбинацию логических 0 и 1 на своих выводах команды, управляющий контроллер сформирует HTTP-запрос, дождется ответа на него, удалит HTML-тэги из полученного текста (эта работа под силу и четырехбитовым чипам) и выдаст в кодах ASCII на вход RC8650, которая и озвучит мужским или женским голосом принятый текст (RC8650 можно "научить" говорить по-русски, но с очень сильным английским акцентом)… Соответственно "воузер" может сообщать нам о состоянии всех систем "умного дома", прогнозы погоды, рецепты… — и так до бесконечности, насколько хватает воображения. А если в наш "воузер" добавить микросхему MP3-плейера, то вы получите возможность слушать музыку в комнате, где в данный момент находитесь, причем для трансляции будет использоваться та же скорострельная LVDS-сеть, по которой может передаваться не аналоговый сигнал, а пакеты MP3. "Воузер", как стандартный HTTP-клиент, станет взаимодействовать со всеми встроенными в управляющие контроллеры "умного дома" микроHTTP-серверами и, естественно, с главным сервером нашего iДома, роль которого может (и, по идее, должен) выполнять привычный ПК. Кроме такого "супер-дружелюбного" поведения, "воузер" обладает еще одним неоспоримым достоинством: низкой ценой при массовом производстве, не оставляющей шансов альтернативным "дружелюбным" интерфейсам, в первую очередь — графическим ЖК-панелям с тактильным интерфейсом. Судите сами, плоские панели на основе технологии NXT недороги (пара продается в Киеве за среднюю цену $30), управляющий контроллер включает буквально 3—4 чипа суммарной стоимостью $5—7 в розницу, RSC-364 обходится приблизительно в $2—3, самый дорогой элемент — RC8650 в скромных OEM-количествах поднимает планку еще на $20. Совсем нестрашные цифры, особенно если учесть возможности и дружелюбность "воузеров".

Главный сервер, т. е. бывший ПК, становится и хранилищем информации, и хост-машиной для выполнения приложений, и основным HTTP-сервером, и графическим броузером управления iДомом. Хотя для такой утилитарной задачи, как визуализация HTML-страниц, более подойдут недорогие тонкие клиенты типа i-opener компании Netpliance (www.netpliance.com): согласитесь, что $99 — очень симпатичная цена "почти" ПК с цветным ЖК-монитором…

Оставшийся самый сложный (с точки зрения не дружащего с механикой автора) вопрос построения электромеханических интерфейсов, овеществляющих интеллект iДома, в нашем случае не принципиален — в конце концов, существуют тысячи электромоторов, редукторов и пр.

Где это есть?

Собственно говоря, нигде. И ничего подобного. За несколько тысяч долларов, естественно, можно отыскать систему home automation, которая будет с пульта дистанционного управления включать/выключать свет и управлять температурой воды в аквариуме.

Схема


Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: