Ing. Alessandro Pisano

Università degli Studi di CagliariDipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica

pisano@diee.unica.it

Cagliari, 25 settembre 2009

Impianti domoticiUna opportuna interconnessione tra sensori, attuatori e

dispositivi di comando più o meno intelligenti.

Verrà fatta una panoramica di natura generale su: Verrà fatta una panoramica di natura generale su:

- Architetture

- Mezzi trasmissivi

- Protocolli e standard

- Dispositivi di controllo

Impianto tradizionale

Impianto tradizionale

Ogni funzione prevede un cablaggio separato e cablaggio separato e dedicato

Assenza di “integrazione”

Impianto a bus

Impianto a busEspandibilità

Intelligenza distribuita

Integrazione totaleIntegrazione totale

Il collegamento fisico tra i vari dispositivi è un doppino intrecciato, al quale sono connessi in parallelo tutti i dispositivi per tramite di un dispositivo elettronico di interfaccia (Bus Coupling Unit, BCU)Il BUS provvede contemporaneamente all’alimentazione elettrica dei dispositivi ed allo scambio di informazioni tra di essi.

Impianti a bus

Alle apparecchiature tradizionali si sostituiscono dei dispositivi “intelligenti” in grado sia di elaborare informazioni che di comunicare tra loro.informazioni che di comunicare tra loro.

E’ l’architettura che esalta al meglio le potenzialità dei sistemi domotici di ultima generazione

Presenta diversi ulteriori vantaggi

Cablaggio semplificato - 1

I dispositivi attuatori, cioè

preposti al controllo dei carichi,

debbono essere connessi sia alla

linea BUS che alla rete elettrica

Cablaggio semplificato - 2

linea BUS che alla rete elettrica

domestica per l’alimentazione

dei carichi stessi.

Gli apparecchi di comando e i

sensori sono invece connessi

solamente alla linea BUS.

Interessanti alternative

Power line communication

(trasmissione a onde convogliate)

Comunicazione Wireless

Panoramica sui mezzi trasmissiviI mezzi trasmissivi possibili per la rete di interconnessione di un sistema

domotico sono

Onde convogliate

Utilizza i conduttori di distribuzione dell’energia elettrica.

Il principale vantaggio nell'utilizzare le onde convogliate risiede nel fatto che viene sfruttata la linea elettrica esistente, evitando il problema dell'installazione di nuovi cavi.

Tutti i componenti del sistema sono collegati in parallelo e comunicano tra loro attraverso la rete elettrica grazie ad opportuni dispositivi.

I comandi vengono inviati sulla rete elettrica e raccolti dalle utenze interessate attraverso un codice di indirizzamento univoco.

Possibili problemi con questa tecnologia sono quelli relativi alle interferenze, che possono essere superati con l'adozione del cosiddetto filtro di linea. Va rimarcata la bassa velocità di trasmissione (pochi kbps) della tecnologia standard

Sperimentazioni avanzate per la trasmissione a banda larga.

Panoramica sui mezzi trasmissivi

Infrarossi

La trasmissione ad infrarossi è un metodo di comunicazione senza metodo di comunicazione senza fili, limitato principalmente dal vincolo di direzionalità del segnalee dalla forte attenuazione in presenza di ostacoli tra il trasmettitore e il ricevitore.

Radiofrequenza.

Metodo di trasmissione wireless basato su onde radio.La trasmissione radio in bassa potenza è un mezzo per realizzare semplici

controlli, riducendo al minimo l'installazione. Copre facilmente l'intera casa senza bisogno di ripetitori, ma occorre evitare di trasmettere segnali non desiderati agli impianti delle abitazioni vicine.

Un problema nella standardizzazione di questo mezzo, sta nel fatto che le

Panoramica sui mezzi trasmissivi

Un problema nella standardizzazione di questo mezzo, sta nel fatto che le bande consentite di frequenza variano da paese a paese.

Linea BUS

E' un sistema di trasmissione di segnali che utilizza una coppia di conduttori dedicati.

Il doppino twistato è il mezzo di trasmissione più semplice, ma richiede un maggiore lavoro di installazione per la posa dei cavi, rispetto ai mezzi fino ad ora considerati.

Questa tecnica di trasmissione è molto flessibile e si presta bene soprattutto in abitazioni molto grandi con un gran numero di componenti.

Fibra Ottica

Mezzo di trasmissione che permette il trasferimento dati tramite segnali luminosi che viaggiano all’interno di una

Panoramica sui mezzi trasmissivi

tramite segnali luminosi che viaggiano all’interno di una guida d’onda.

Altissime velocità di trasferimento dati e immunità dai disturbi elettromagnetici i punti forti.

Costo elevato dei supporto trasmissivi e delle interfacce

Scelta del mezzo trasmissivo

Funzionalità richieste all’impianto domotico

Budget

Caratteristica dell’intervento

Se l’impianto domotico viene progettato (e, soprattutto, realizzato ) congiuntamente all’impianto elettrico, la soluzione a linea BUS diventa maggiormente competitiva.

Standard tecnologici e protocolliX-10

Economico. Comunicazione a onde convogliate. Semplice da installare e da configurare. Supporta funzionalità piuttosto limitate.

KonnexSupporta vari mezzi trasmissivi. Supporta vari mezzi trasmissivi. Apparati a compatibilità certificata.Ambiente di sviluppo software standardizzato.

EthernetAperto al mondo PC e ad Internet. Potenzialmente indicato per ambientioffice. Supporto wireless (WLAN). Possibilità di comunicazione a ondeconvogliate.

Protocolli wireless Installazione minima.

X-10X10 è uno standard storico dell'automazione domestica, presente ormai da vent'anni in America, che ha avuto una larga diffusione anche in Europa, e sembra mantenere, grazie anche alle innumerevoli periferiche disponibili sul mercato, una salda posizione nel panorama delle soluzioni HA.

È costituito da una o più unità centrali che dialogano in maniera bidirezionale con dispositivi periferici, utilizzando un sistema ad onde convogliate su rete elettrica per la trasmissione dei dati a bassa velocit à (50 bps in Europa).

Il sistema centrale può anche essere interfacciato al PC, oppure pilotato a distanza grazie a telecomandi a infrarossi.

X10I dispositivi sono spesso direttamente inseribili nelle prese della rete

domestica.

Ogni dispositivo è identificato da un indirizzo composto da una lettera (A-P) chiamata “House Code, e un numero (1 -16) chiamato “Unit Code.

Con questo protocollo si possono, dunque, collegare fino a 16x16 = 256 dispositivi o gruppi di dispositivi.

Lo Standard Aperto X-10

� LA TECNOLOGIA

È molto economica.

È facilmente installabile.

� I DISPOSITIVI

I dispositivi si dividono in moduli e controller.È facilmente installabile.

Sfrutta la tecnica P.L.C. .

La portata dei segnali è di 80 mt. sulla rete elettrica.

Per l’invio di un comando sono necessari 47 cicli di corrente (0,94 sec).

I moduli rispondono sia ai comandi inviati al loro indirizzo specifico che a comandi inviati in broadcast .

Konnex (KNX)

� KNX, è nato in seguito alla convergenza tra tre consorzi a livello europeo

EIBA - European Installation Bus AssociationBCI - Batibus Club InternationalEHSA - European Home System AssociationEHSA - European Home System Association

con lo scopo di realizzare e promuovere uno "standard unico" per applicazioni di Home e Building Automation.

E' basato sulle migliori caratteristiche delle tre tecnologie di partenza e, di fatto, sul cuore dello standard EIB, con cui mantiene una totale compatibilità; integra inoltre le modalità di configurazione e i mezzi trasmissivi di BatiBused EHS.

KNX (cont.)

Il sistema KNX è un sistema decentralizzato ad intelligenza distribuita, dove l’intelligenza risiede in ogni singolo dispositivo.

I media supportati dallo standard KNX sono :

Twisted pair

Powerline communication

Radio frequenza

Infrarossi

Konnex KNXSono disponibili 3 modalità di configurazione :

S-mode (System mode ), ad uso di installatori esperti, modalità che mette a disposizione l’utilizzo di tutte le funzioni disponibili, dunque permette di rispondere ad ogni tipo di esigenza.

E-mode (Easy mode): ad uso di installatori con competenze medie, mette E-mode (Easy mode): ad uso di installatori con competenze medie, mette a disposizione meno funzioni rispetto al System mode. I componenti sono già parzialmente preconfigurati con parametri standard.

A-mode (Automatic mode): I tipi di componenti Amode dispongono di meccanismi di configurazione automatica.

Sicuramente un limite di questa tecnologia è la lentezza (meno di 10 kbps), dunque KNX è poco adattabile alla gestione video. La moderata velocita di trasmissione è comunque a vantaggio dell ’affidabilità del sistema.

EthernetIn particolari contesti (office automation) può essere pre-esistente all’intervento una ampia rete LAN. In questi casi la soluzione Ethernet TCP-IP può risultare interessante.

Una ampia gamma di “smart sensors”, “smart actuators”, e “smartcontrollers” supporta nativamente la comunicazione TCP-IP.

Switch Ethernet con trasmissione ad onde convogliate

controllers” supporta nativamente la comunicazione TCP-IP.

Sono stati di recente proposti sul mercato:

Protocolli per la comunicazione

wireless in radio frequenza

WiFi

Bluetooth

ZigBee

WiFiWiFi - Standard “802.11 b”

Interoperabile con le reti Ethernet

Velocita massima 11 MbpsVelocita massima 11 Mbps

Distanze fino a 100 metri

Una sua evoluzione, lo standard 802.11a garantisce una maggiore copertura (fino a 300 metri) ed una velocitafino a 5 volte superiore. Lo standard 802.11° è stato autorizzato in Europa solo dal 2003.

Bluetooth

Trasmissioni a distanza limitata (< 10 metri)

Basso assorbimento di potenzaBasso assorbimento di potenza

Robusto alle interferenze ambientali

Comunicazione con cifratura a chiave privata.

ZigbeeStandard 802.11.4

Il protocollo 802.11.4 – ZigBee è stato definito allo scopo di supportare reti di comunicazione a costi e consumi energetici

Caratterizzato da una velocità di trasferimento dei dati relativamente bassa (28 Kbyte), ha però interessanti caratteristiche di sicurezza e immunita ai disturbi

Si tratta inoltre di uno standard aperto.

a costi e consumi energetici molto minori rispetto ad altri più noti protocolli wireless.

Zigbee

Rispetto a bluetooth consuma meno, è più lento, ma va molto più lontano.

Grazie alla funzionalità di multi-drop ciascun multi-drop ciascun

dispositivo (visto come un nodo della rete) è in grado di comunicare con i dispoisitivi

vicini fungendo da “ripetitore di segnale”, fino a coprire distanze nominalmente

superiori al km

Tabella riassuntiva

Controllori centralizzati

Soluzioni a microcontrollore (ARM, Motorola,..)

Domotica con “Industrial PLC”

Home PLC

Centraline di controllo

Controllore con display

Touch screen.Touch screen.

Processore ARM.

Centraline di controllo

Sistemi a base PLC

Industrial (micro) PLC

Home PLCDi che si tratta

Concetto innovativo che è sinonimo di Controllore Logico Programmabile (PLC) per l'Home Automation (Domotica).

Caratterizzato da un sistema di apparati sviluppati seguendo gli standard industriali, ma con l'implementazione di caratteristiche e fuznzilnalità proprie dell'automazione domestica. industriali, ma con l'implementazione di caratteristiche e fuznzilnalità proprie dell'automazione domestica.

Le caratteristiche che contraddistinguono il PLC domotico da quello industriale vanno dal range esteso della tensione di alimentazione , ad una estetica gradevole, e la disponibilità di librerie specifiche per l'automazione di funzioni domotiche.

Un HomePLC può avere più protocolli ma deve possedere almeno un protocollo aperto, libero e standard, il Modbus RTU nativo in questi apparati permette di utilizzare questi apparati in modo universale.

Un HomePLC è predisposto per dialogare pressoché con tutti gli standard "de facto" più utilizzati: a fibra ottica, RS485, Ethernet (TCP/IP), Wi-Fi, PowerLine

Home PLC

Uno sguardo al futuro

Applicazioni della visione artificiale