اینترنت اشیا در خدمت هوشمند سازی ساختمان

اینترنت اشیا در خدمت هوشمند سازی ساختمان

System ) , BMS  ، سیستم مدیریتی ساختمان  با تکیه بر اینترنت اشیا به یکی از گریز ناپذیر ترین شاخه های علمی ، تحقیقاتی و اجرایی در ساختمان تبدیل گردیده است. خانه‌های هوشمند با هدف ایجاد آسایش و امنیت برای کاربران به سرعت در حال توسعه می باشند. اینترنت و کنترل ساختمان از راه دور توسط سیستمهای ارتباطی متداول در دنیا است.

به اینصورت که با  راه اندازی سایت ساختمان مورد نظر  و با وارد کردن شناسه کاربری و رمز عبور  میتوان ازهر مکانی بر ساختمان احاطه داشت. در اینگونه ساختمانها میتوان با نصب تابلوهای نمایشگر الکترونیکی در مکانهای خاص ساختمان و نمایش دادن اطلاعات مختلف از سیستمهای کنترلی ساختمان ، زندگی را برای ساکنین لذت بخش کرد .با توجه به کمبود منابع انرژی در سطح جهان، اهمیت مصرف بهینه سوخت بیش از پیش مورد توجه است . امروزه (Building Management

B.M.S وظیفه مدیریت و کنترل وضعیت ساختمان را از لحاظ سرمایش و گرمایش(HVAC)  ، روشنایی (Lighting )  ، کنترل تردد امنیت (Access )  ، سیستم اعلام حریق (FAS)  و ارتباط منطقی این زیر سیستم ها را بر عهده دارد . تکنیک‌های مختلفی برای اتوماسیون ساختمان‌های بزرگ بکار گرفته‌می‌شود از قبیل کنترل نور ،کنترل دما، کنترل درها و پنجره‌ها و پرده‌ها و یا سیستم‌های امنیتی و مدار بسته و غیره. علاوه برموارد یاد شده، در خانه‌های هوشمند، کاربرد‌های دیگری نیز از قبیل کنترل Multimedia، آبیاری گیاهان و غذا دادن به حیوانات خانگی نیز قابل تعریف است. سیستم‌های خانه ی هوشمند علاوه بر ایجاد آسایش و امنیت مضاعف در خانه به بهینه‌سازی مصرف انرژی و صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌های نگهداری ساختمان نیز کمک شایانی ‌می‌نماید. ضمناً این سیستم‌ها علاوه بر مخاطبین معمول خود می‌توانند در بهبود کیفیت زندگی معلولین و سالمندان نیز کمک شایانی نمایند.

• تکنیک های به کار رفته جهت هوشمند سازی بنا به دو دسته کلی تقسیم می گردند:

۱٫روش هایی که در آنها نیازی به کابل کشی مجزا برای کنترل ادوات مختلف وجود ندارد. در این روش ها سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده ، از طریق شبکه برق موجود در این ساختمان ها و یا با کمک سیگنالهای RF منتقل شده و در مقصد ، دستگاه مورد نظر را کنترل می نماید. مشهورترین تکنولوژی در این دسته X10 و Z-Wave می باشد.

۲٫ روش هایی که در آنها برای کنترل وسایل و ادوات مختلف علاوه بر سیم کشی برق ساختمان نیاز به برپایی یک شبکه کابلی مجزای دیگر به جهت انتقال سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده داریم. در این دسته نیز معتبر ترین تکنولویی KNX می باشد.

شایان ذکر است که به غیر از موارد مذکور کلیه تجهیزاتی که به نحوی با برق کار کرده و یا قابلیت تبدیل به سیستم برقی در آنها وجود دارد در این مجموعه قرار خواهد گرفت.

پروتکل های هوشمندسازی ساختمان:

پروتکل عبارت است از مجموعه ای  از قوانین استاندارد و توافق ها که تعیین می کنند چگونه اجزای درون یک شبکه با هم ارتباط برقرار کنند. در یک سیستم هوشمند ساختمان تمامی تجهیزات بصورت یکپارچه و تحت یک شبکه ارتباطی با یکدیگر کار می کنند. این ارتباط بین اجزا به کمک پروتکل های هوشمندسازی ساختمان انجام شده و یک بستر ارتباطی بین این تجهیزات ایجاد می شود .

در هوشمندسازی ساختمان پروتکل های ارتباطی گوناگونی وجود دارد که مهمترین آنها عبارتند از:

Z-WAVE           KNX           C-BUS         X-10

در این بخش ما به یررسی محبوبترین وپرکاربردترین روشها میپردازیم:

Z-Wave ـ یک پروتکل ارتباطی دوطرفه بی‌سیم است که با اتحاد شرکت دانمارکی Zensys و Z-Wave ارائه شد. این تکنولوژی برای توان‌ها و پهنای باند‌های کم طراحی شده‌است. یعنی برای استفاده در کاربرد هایی مانند Home Automation و یا Sensors Network.

Z-Wave یک شبکه با کیفیت بالا را در برابرقیمتی که معادل بخشی از قیمت تکنولوژهای مشابه آن می باشد در اختیار کاربران می‌گذارد که این امر با تمرکز برروی استفاده از پهای باند کم و جایگزینی سخت‌افزارهای گران قیمت با روشهای نرم‌افزاری امری ابتکاری است. گفتنی است که در این تکنولوژی از هیچگونه سیم کشی برای انتقال سیگنالهای کنترلی استفاده نشده و این امر فقط به کمک سیگنالهای RF صورت می پذیرد.

محدوده استفاده از Z-Wave :

Z-Wave عمدتاً‌ از تکنولوژی RF برای ریموت کنترل  استفاده می‌نماید.تکنولوژی Z-Wave با مصرف انرژی کم، انتقال دوطرفه ، تکنولوژی شبکه Mesh و پشتیبانی از “باطری به باطری” گزینه مناسبی برای سنسورها و دستگاه‌‌های کنترلی می‌باشد. تکنولوژی شبکه Mesh برای Z-Wave می‌تواند دستورات را به‌صورت دو طرفه از یک وسیله به وسیله دیگری منتقل نماید درحالیکه ممکن است موانع و یا نقاط کور رادیویی در محل موجود باشد.

تکنولوژی Z-Wave به‌صورت چیپ ست‌هایی به تنهایی دردسترس است. پروتکل Z-Wave درون چیپ‌ها جاسازی شده‌است. و حافظه Flash جهت تولیدکنندگان این محصولات برای بارگذاری نرم‌افزارهایشان تعبیه شده‌است. برای راحتی ارائه محصولات طرح‌های از پیش آماده‌ای بر روی برد‌های PCB درکنار چیپ‌های تکی  Z-Wave ارائه می‌شود که می توان به برد‌های آنتن‌ و فیلتر‌ها اشاره نمود.

شما می‌توانید به ‌کمک Z-Wave تمامی وسایل خود را حتی زمانی که در خانه نیستید تحت کنترل داشته باشید.  و این امر از طریق یک PC و با کمک اینترنت از هر نقطه از دنیا میسر خواهد بود . حتی با کمک موبایل نیز قادر به انجام بسیاری از این امور خواهید بود. به‌دلیل اینکه Z-Wave روی فرکانس خاص خود کار می‌کند (که مخصوص به خود می باشد) با هیچیک از دیگر وسایل بی‌سیم مثل تلفن‌های بی‌سیم، روترها و مودم‌ها و… تداخل نخواهد داشت. از نکته قابل تأمل درخصوص Z-Wave این است که بر روی کلیه سیستم‌های “با سیم” خانه‌ها موجود قابل اجرا بوده و امکانات جدید موجود درخانه‌های نسل بعد را برای شما مهیا می‌سازد.

توپولوژی و مسیریابی:

Z-Wave از توپولوژی شبکه Mesh کامل استفاده می‌نماید و هیچ نقطه اصلی در شبکه وجود‌ ندارد. یک پیام از A به C می‌تواند به موفقیت منتقل شود حتی اگر این دو نقطه یکدیگر را پوشش نمی‌دهند و انتقال از طریق نقطه B بین این نقاط صورت می‌گیرد. اگر یک مسیر مقدم در دسترس نباشد صادرکننده پیام تلاش خواهد نمود مسیرهای دیگری را به سمت نقطه مقصد پیدا نماید. بنابراین یک شبکه Z-Wave می‌تواند پوششی به مراتب بیش از یک واحد آپارتمان (۳۰mچیزی در حدود) را داشته باشد. برای اینکه تجهیزات Z-Wave بتوانند سیگنالهایی را که خودشان صادر نموده‌اند را منتقل نمایند، نمی‌توانند در حالت خواب (Standby) فرو روند بنابراین اکثر دستگاههایی که با باطری کار می‌کنند به عنوان یکRepeater انتخاب نمی‌شوند. یک شبکه Z-Wave می‌تواند شامل۱۳۲ واحد باشد که این تعداد با قابلیت پل زدن بین شبکه‌ها در صورت نیاز به تعداد واحد بیشتر قابل افزایش است.

گستردگی Z-Wave :

پیوستگی Z-Wave شامل یک کنسرسیوم و بیش از یکصد تولید کننده مستقل است که موافقت نموده‌اند که محصولات کنترل وسایل خانگی را بر پایه استاندارد Z-Wave تولید نمایند. اعضاء اصلی شامل : Danfoss، Intel، Intermatic، Leviton، Master Cable، Universal Electronic، Wayne Dalton، Z-Wave، Tensys.

 KNX ـ یک استاندارد بر مبنای مدل OSI بوده و یک پروتکل ارتباطی شبکه است و پروتکل اصلی اتحادیه اروپاست که در خانه‌های هوشمند به‌کار می‌رود. KNX یک جانشین و در ضمن یک یکسو کننده برای سه استاندارد قدیمی زیر می‌باشد:

European Home System Protocol (EHS)

Bati BUS

European Installation BUS (EIB)

در حال حاضر استاندارد KNX توسط انجمن Konnex مدیریت می‌شود.

این استاندارد بر پایه سیستم ارتباطی EIB بوده که با لایه‌های فیزیکی ، شیوه‌های Config و تجارب کاربردی Bati BUS و EHS گسترش یافته‌است.

KNX بستر‌های ارتباطی فیزیکی زیادی را تعریف می‌کند:

1. سیم‌کشی با کمک زوج بهم تابیده ( برگرفته از استانداردهای EIB و Bati BUS )
2. شبکه برق ساختمان (برگرفته از استانداردهای EIB و EHS،‌شبیه آن چیزی که X1O عمل می‌نماید.)
3. استفاده از امواج رادیویی
4. ( Ethernet) که با عناوین EIB net/IP و یا KNX net/IP نیز شناخته می‌شود.

• KNX فارغ از هرگونه Platform سخت‌افزاری طراحی شده‌است. یک وسیله در شبکه KNX می‌تواند توسط هرچیزی کنترل شود، از یک میکرو کنترلر ۸ بیتی تا یک PC، که این امر را نیاز خاص آن مقطع تعیین می نماید.

در برخی از نقاط دنیا امروزه KNX درحال رقابت با C-BUS طراحی شده توسط شرکت Clipsal است. اما بیشترین نوع نصب KNX نصب برروی بستر ارتباطی زوج سیم می‌باشد.

حالات برنامه‌ریزی: 

1. وضعیت “Automatic Mode” یا حالت خودکار که تجهیزاتی هستند که به‌صورت خودکار خودشان را برنامه‌ریزی می‌نمایند و طراحی شده‌اند تا کاربران نهایی خرید و تصب آنها را انجام دهند.

2. وضعیت “Easy Mode” یا حالت آسان که تجهیزاتی هستند که آموزش‌های ابتدایی را برای تصب نیاز دارند. رفتار آنها از پیش برنامه‌ریزی شده‌ است. با این وجود پارامترهای قابل برنامه‌ریزی نیز دارند که متناسب با نیاز کاربر تعریف می‌شوند.

3. وضعیت “System Mode” یا حالت سیستمی که تجهیزاتی هستند که در ساخت سیستم‌های اتوماسیون سفارشی به‌کار گرفته می‌شوند. تجهیزات S-Mode هیچ پیش‌فرض اولیه‌ای نداشته و بایستی توسط تکنسین‌های مجرب نصب و برنامه‌ریزی شوند.

بستر‌های ارتباطی متفاوتی در KNX وجود دارند :

 Twisted pair TP0: این بستر از Bati BUS گرفته شده و بیشتر در فرانسه کاربرد دارد. امروزه اکثر سازندگان به TP1 روی آورده‌اند.

 TP1 از EIB گرفته‌شده و بیشتر از ۹۰٪ محصولات فعلی KNX بر این مبنا می‌باشد. در TP1 انتقال با کیفیت بالا با قیمت پایین تلفیق شده‌است. توپولوژی TP1 بسیار انعطاف پذیر است : خطی ، ستاره ای ، درختی و یا تلفیقی از این سه مورد. تجهیزاتی که به TP1 متصل می‌شوند می‌توانند از طریق BUS اصلی تغذیه شوند.

Power Line PL110 : این نیز برگرفته از EIB می‌باشد. امروزه کارخانه‌های کمی PL110 را پشتیبانی می‌نمایند اما کماکان یک بازه کامل از محصولات را برای روشنایی، پرده و کرکره‌ها، سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی ارائه می‌نمایند.

 Power Line PL132:  این توپولوژی از EHS برگرفته‌شده‌است که امروزه توسط سازنده‌های کمتر استفاده می‌شود. عملاً درحال حاضر محصولاتی برای این استاندارد وجود ندارد و احتمالاً در آینده کاملاً محو خواهد شد.

 Radio Frequency RF: هنوز در خانواده KNX یک تازه وارد حساب می‌شود. اگرچه در حال حاضر تولید‌کنندگان کمی از این استاندارد استفاده می‌نمایند پش بینی می شوددر آینده نزدیک بسیاری از تولید‌کنندگان به این استاندارد روی خواهند آورد. KNX RF از امواج رادیویی با فرکانس مرکزی ۸۶۸٫۳۰MHz با یک نوسان ۵۰KHz برای مدوله کردن اطلاعات استفاده می‌نمایند.

 Internet Protocol KNX net /IP: اخیراً به‌عنوان یکی از بستر‌های KNX معرفی شده و انتظار می‌رود در آینده ی KNX، به یکی از مهمترین بستر‌های انتقال اطلاعات تبدیل شود. این امر راه را به‌سوی سیستم‌های ارتباطی سطح بالا در ساختمان‌ها باز کرده و همزمان یک Gateway استاندارد را برای نصب KNX ایجاد می‌نماید.

بنابراین KNX یک بازه گسترده از بستر‌های ارتباطی را در اختیاز قرار می‌دهد . با این وجود TP1 به‌عنوان مهمترین بستر ارتباطی خانواده KNX مطرح می‌باشد. KNX RF یک انتخاب مناسب برای پاسخ به تقاضاهای ارتباطی بدون سیم در سیستم‌های اتوماسیون ساختمان می‌باشد. و PL110 همچنان می‌تواند به‌عنوان یک راه‌حل به‌خصوص برای ساختمان‌های بازسازی شده‌باشد.