UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA INFORMATICA

STUDIO DI FATTIBILITÀ DI UN IMPIANTO DOMOTICO PER DISABILI:

INTEGRAZIONE DI UN IMPIANTO D’AUTOMAZIONE KNX CON BUS DI

CAMPO PER SENSORISTICA E VISUALIZZAZIONE

Relatore: prof. Francesco Leporati

Laureando: Chelli Corsini

Correlatore: prof. Francesco Palumbo

ANNO ACCADEMICO 2008/2009

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PREFAZIONE

Questo documento è stato scritto come elaborato finale dell’attività di tesi nell’ambito

del corso di studi in Ingegneria Informatica LS dell’Università degli Studi di Pavia (sede

distaccata di Mantova).

Al suo interno viene analizzata la possibilità di installare un impianto domotico in una

struttura per disabili dell’ente ULSS20 di Verona, sottolineando i vantaggi che questo

impianto può offrire rispetto ad un impianto tradizionale, il risparmio energetico che si

può ottenere e i costi da affrontare per la sua realizzazione.

Nei primi capitoli vengono affrontati gli aspetti teorici degli impianti di automazione

domestica e dei sistemi domotici, introducendo i servizi che questi possono fornire ad

utenti diversamente abili.

Successivamente, viene analizzata l’abitazione, studiate le funzionalità che devono

essere offerte e progettato un efficiente sistema domotico.

Infine, vengono descritte le funzioni scelte per garantire un’alta efficienza energetica e

vengono riportati i costi che devono essere sostenuti per la creazione dell’impianto

progettato.

Lo svolgimento del progetto è stato reso possibile attraverso una collaborazione con il

Centro Polifunzionale Don Calabria, per quanto riguarda lo studio e la creazione

dell’impianto di automazione, e con l’azienda Home Innovation, per l’integrazione dei

diversi impianti presenti nell’abitazione in un unico sistema domotico.

Desidero ringraziare il professor Francesco Leporati dell’Università degli Studi di Pavia,

per avermi seguito in tutta la durata della tesi, il professor Francesco Palumbo

dell’Istituto Don Calabria, per avermi aiutato nella formazione sulle tecniche di

automazione domestica e nello svolgimento dell’attività progettuale, e l’ing. Giovanni

Grauso dell’azienda Home Innovation, per avermi guidato nell’integrazione dei diversi

impianti domestici.

Da ultimo, ma non per importanza, ringrazio la mia famiglia, la mia ragazza, i miei

amici e i miei compagni di corso, sempre presenti e sempre pronti a sostenermi nei

momenti di gioia e anche nei momenti di difficoltà.

Chelli Corsini Mantova, 29 aprile 2010

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INDICE

PREFAZIONE .............................................................................................................. 1

1 INTRODUZIONE ..................................................................................................... 5

2 DOMOTICA ............................................................................................................. 9

2.1 Caratteristiche ..........................................................................................10

2.2 Vantaggi ...................................................................................................15

3 LA DOMOTICA COME SOLUZIONE PER I PORTATORI DI HANDICAP ...............18

4 STATO DELL’ARTE E BUS DI COLLEGAMENTO .................................................20

4.1 Metodologie di comunicazione .................................................................21

4.2 Sistema BUS ............................................................................................23

4.3 Topologie di rete ......................................................................................27

4.4 Principali standard di comunicazione per l’automazione domestica .........30

4.4.1 X-10 ...........................................................................................30

4.4.2 LonTalk ......................................................................................31

4.4.3 HBS – Home BUS System .........................................................33

4.4.4 BatiBUS .....................................................................................33

4.4.5 EHS – European Home System .................................................34

4.4.6 EIB – European Installation BUS ...............................................34

4.5 Protocollo ModBUS ..................................................................................42

5 PROTOCOLLO KNX – STANDARD MONDIALE PER LA DOMOTICA ..................44

6 TIPOLOGIE DI DISPOSITIVI ..................................................................................48

7 LA STRUTTURA ABITATIVA DA ANALIZZARE .....................................................53

8 ANALISI E PROGETTAZIONE DELL’IMPIANTO DOMOTICO ...............................54

8.1 Analisi della struttura ................................................................................54

8.2 Analisi delle funzioni .................................................................................57

8.3 Integrazione tra diversi protocolli ..............................................................63

8.4 Scenari .....................................................................................................69

8.5 Logica di funzionamento dei dispositivi ....................................................73

8.6 ETS ..........................................................................................................79

4

8.7 HI System ............................................................................................... 88

9 SOLUZIONI ADOTTATE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA DELL’EDIFICIO ..... 98

10 ANALISI DEI COSTI DI REALIZZAZIONE E MANUTENZIONE ......................... 101

11 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI ................................................................ 104

12 GLOSSARIO ...................................................................................................... 107

13 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 109

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1 INTRODUZIONE

Il secolo scorso è stato protagonista di una forte evoluzione tecnologica che ha

portato alla creazione di oggetti fino ad allora impensabili da concepire e realizzare. Le

conoscenze scientifiche erano infatti molto limitate e le condizioni di vita non

permettevano certo di poter investire denaro e risorse nella creazione di nuove

apparecchiature. Si pensi alla reazione di una persona dell’Ottocento se gli fosse stato

proposto di scrivere un libro su una macchina da scrivere in grado di visualizzare i

caratteri digitati su uno schermo, salvarli in forma digitale su un supporto fisico e

permettere di correggere tutti gli errori prima di passare alla stampa su carta.

Probabilmente sul suo viso si sarebbe delineata un’espressione molto stupita, tipica di

chi non capisce di cosa si stia parlando o di chi stia cercando di mascherare i reali

sentimenti nei confronti di qualcuno (in altre parole ti sta prendendo per pazzo). Con il

passare degli anni la tecnologia si è sviluppata molto rapidamente portando alla

creazione di dispositivi sempre più evoluti, più piccoli e più economici, consentendo a

tutti di poter possedere nella propria abitazione apparecchi elettronici ormai diventati di

uso quotidiano, come forni a microonde, elettrodomestici, impianti video, impianti hi-fi e

personal computer. Di recente un ramo della scienza si sta occupando di trovare una

metodologia per poter permettere a tutti questi dispositivi di poter colloquiare tra loro,

utilizzando il computer stesso, o un dispositivo equivalente, come strumento di

controllo e di comando. Lo studio di queste tecnologie atte ad automatizzare tutte le

funzioni domestiche portando ad un miglioramento della qualità della vita prende il

nome di domotica.

Al secondo anno di Laurea Specialistica ho scelto di trasferirmi in Danimarca e

studiare per un semestre all’Engineering College of Aarhus, in una cittadina a poche

ore da Copenhagen. Quest’esperienza mi ha dato modo di fare amicizia con persone

provenienti da diverse parti del mondo e di poter mettere a confronto la mia cultura con

quelle degli altri paesi. Essendo in una facoltà di ingegneria, si è parlato spesso di

nuove tecnologie e in diverse occasioni si è entrati nell’argomento domotica. È da qui

che è nata l’idea della mia tesi. Fin da bambino sono sempre stato attratto dall’idea di

poter comandare i vari dispositivi elettronici di un’abitazione solamente parlando o

interagendo con un televisore. Ricordo ancora di un film in cui il protagonista

accendeva le luci e l’impianto stereo semplicemente parlando al televisore che

assecondava tutti i suoi desideri. In quegli anni una possibilità simile era pura

fantascienza. Poi, crescendo, ho realizzato che negli anni la tecnologia si è evoluta

moltissimo e, anche se non se ne sente parlare molto, ora è possibile avere un

impianto di questo tipo. Sempre durante la mia esperienza all’estero, alcuni ragazzi

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provenienti da altri stati mi hanno raccontato che nei loro paesi gli impianti domotici

vengono sempre più spesso preferiti rispetto agli impianti tradizionali in quanto

permettono di aumentare il comfort e di risparmiare notevolmente sui costi di gestione

e di manutenzione. In alcuni paesi sono addirittura rari i casi in cui si costruisce una

nuova abitazione utilizzando un impianto tradizionale. Una volta rientrato in Italia mi

sono quindi messo a ricercare più informazioni a riguardo e a ricercare un possibile

progetto da sviluppare utilizzando questa tecnologia.

Sono entrato quindi in contatto con l’ente ULSS20 (Unità Locale Socio

Sanitaria) di Verona, un’istituzione nata per andare incontro al bisogno dei cittadini

fornendo loro una serie di servizi socio-assistenziali. Una delle aree in cui opera è

orientata all’integrazione delle persone disabili nella comunità in cui vivono, aiutandole

nello svolgimento di diverse attività, sia lavorative che di svago, e assistendole nella

vita di tutti i giorni. Per raggiungere tale obiettivo vengono utilizzate vere e proprie

strutture con funzioni che possono essere puramente assistenziali o anche di carattere

residenziale o semi-residenziale: uno di questi è l’istituto C.E.R.R.I.S. (Centro

Educativo Riabilitativo di Ricerca e di Intervento Sociale), situato sulla collina veronese

“Torricelle”, con un’ottima vista sul centro storico di Verona. Tale centro fornisce diversi

servizi orientati al sociale e tra questi offre sia accoglienza diurna che assistenza

residenziale a persone disabili. Attualmente una parte di tale centro è in fase di

ristrutturazione per poter consentire l’inserimento al suo interno di otto persone affette

da disabilità grave, assistite giorno e notte da uno o più operatori. L’ingegnere che si è

occupato della progettazione di questa modifica è l’ing. Corrado Salfa dell’ente

ULSS20 stesso. Per quanto riguarda l’impianto elettrico è stato scelto di utilizzare un

impianto tradizionale in quanto i pazienti ospitati sono affetti da disabilità gravi per cui

privi di propria autonomia e gli effettivi utilizzatori delle tecnologie della casa saranno

gli operatori che li assistono. Inoltre, le conoscenze nel campo domotico erano limitate

per cui è stato scelto un impianto di cui si conoscessero bene le caratteristiche, in

quanto sperimentato più e più volte.

In un incontro con l’ing. Salfa si è discusso di un possibile inserimento futuro di

persone affette da disabilità meno gravi che godono di parziale autonomia e che,

quindi, potrebbero trarre beneficio dalle funzioni offerte da un impianto domotico. Una

persona disabile può trovarsi di fronte a differenti ostacoli all’interno di un ambiente.

Una prima categoria di impedimenti è rappresentata dalle barriere architettoniche, che

possono essere eliminate molto semplicemente installando elementi in grado di

consentire anche all’utente disabile di poter usufruire dei vari servizi di cui si avvale

qualsiasi altra persona, come rampe di accesso o ascensori, maniglie e pulsanti

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installati a livelli più bassi, ausili per bagni adeguati, ecc. Una seconda categoria è,

invece, rappresentata da quelle operazioni che richiedono di effettuare un certo sforzo,

fisico o mentale, come aprire una tapparella o ricordare una sequenza di azioni. Sono

operazioni che con l’impianto tradizionale sono difficili da realizzare, mentre attraverso

l’impianto domotico si può creare una sorta di automazione che consenta di eseguire

qualsiasi operazione, o sequenza di operazioni, attraverso la sola pressione di un

determinato pulsante. Si è, quindi, deciso con l’ing. Salfa di effettuare uno studio delle

possibili funzioni che possono essere offerte attraverso l’installazione di un impianto

domotico semplice, sottolineando i costi e il risparmio energetico in previsione di una

modifica dell’impianto dell’abitazione stessa per ospitare al suo interno disabili

parzialmente autonomi o di una futura creazione di una nuova abitazione. L’impianto

risultante non deve scostarsi molto dall’impianto tradizionale per cui le funzioni offerte

non devono essere troppo complesse. Si vuole infatti mantenere un costo di

installazione relativamente basso, creando però un sistema intelligente in grado di far

comunicare i diversi impianti tra loro per poter aumentare il comfort degli utenti

all’interno della propria abitazione. Grazie all’integrazione si possono così rendere

automatiche alcune operazioni che utilizzano dispositivi appartenenti ad impianti

diversi, come ad esempio l’accensione del riscaldamento (impianto di

condizionamento) in seguito alla rilevazione di una persona in una determinata stanza

(impianto d’allarme). È prevista comunque la presenza di un assistente all’interno della

struttura per cui non vi è la necessità di offrire servizi di teleassistenza, cioè di

assistenza remota da parte di altri operatori.

Per l’acquisizione delle competenze necessarie e per lo sviluppo del progetto

mi sono appoggiato al Centro Don Calabria di Verona, un istituto che si occupa da anni

della formazioni di studenti ed aziende che operano nel settore domotico, collaborando

con i migliori marchi nazionali e internazionali. Il professor Francesco Palumbo è

l’ingegnere dell’istituto che mi ha seguito per tutta la durata del progetto, aiutandomi

nel comprendere tutti i vantaggi e le utilità di questa tecnologia, fornendomi le

informazioni necessarie per poter sfruttare le basi teoriche per lo sviluppo del progetto

ed insegnandomi ad utilizzare correttamente il linguaggio di programmazione per

l’impianto d’automazione. Per quanto riguarda l’integrazione dell’automazione

domestica con gli altri impianti da inserire nella struttura, come l’impianto di sicurezza

antintrusione e quello audio-video, ho collaborato con l’azienda Home Innovation, che

mi ha messo a disposizione un sistema di loro creazione in grado di permettere la

comunicazione tra tutti i dispositivi dei diversi impianti. L’ing. Giovanni Grauso mi ha

fornito tutte le informazioni relative a questo sistema e mi ha permesso di utilizzare il

loro software di programmazione.

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L’attività di progetto che viene esposta in questo elaborato consiste, quindi,

nello studio di fattibilità, ovvero nella realizzazione logica, di un impianto domotico nel

centro per disabili C.E.R.R.I.S.. Si inizia con una breve introduzione sulla domotica

illustrando caratteristiche e vantaggi di un impianto domotico per passare nel capitolo

successivo a sottolineare l’aiuto che esso può offrire se finalizzato all’assistenza di

persone anziane o disabili. Successivamente è proposta una panoramica sullo stato

dell’arte, evidenziando metodologie e protocolli di comunicazione. Il capitolo seguente

è dedicato alla descrizione del protocollo utilizzato per realizzare l’impianto

d’automazione e del software di programmazione dei dispositivi. Infine, prima di entrare

nel vivo del progetto, si elencano brevemente le diverse tipologie di apparecchiature

usate. Dopo una parte introduttiva, il capitolo 8 è interamente dedicato allo sviluppo

del progetto. Si parte con un analisi della struttura in cui si vuole inserire l’impianto

domotico, evidenziando le caratteristiche funzionali di ciascuna stanza. Si prosegue

con un’accurata analisi di tutte le funzioni che devono essere offerte, raggruppate per

categoria. Poi, si descrivono i differenti impianti che si vogliono integrare nel sistema

domotico grazie alla piattaforma dell’azienda Home Innovation. Successivamente, si

descrive cosa rappresenta uno scenario e la sua importanza in questo progetto,

descrivendo alcuni scenari di base scelti per essere implementati. Il passo successivo

è stato l’analisi della logica di funzionamento dei diversi dispositivi, per poter poi

programmare il sistema generale in modo corretto e rendere il sistema funzionante. Si

passa, quindi, prima alla programmazione dell’impianto d’automazione e

successivamente dell’impianto domotico risultante. I successivi due capitoli mostrano il

risparmio energetico che si ottiene grazie ad un impianto domotico di questo tipo e

l’analisi dei costi che devono essere sostenuti. Si conclude, quindi, con l’analisi del

lavoro eseguito ed una descrizione dei possibili miglioramenti che si potrebbero

eventualmente effettuare. Alla fine dell’elaborato è presente, inoltre, un piccolo

glossario.

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2 DOMOTICA

Il termine domotica nasce da un neologismo francese, “domotique”, unione

della parola greca “domos” e quella francese “informatique”. Essa sta ad indicare,

infatti, lo studio dell’applicazione dell’informatica e delle nuove tecnologie in ambito

domestico, al fine di migliorare apparati e prodotti già esistenti e di fornire e integrare

un maggior numero di servizi di utilità domestica.

In parole più semplici, la domotica è la scienza che studia l’automazione degli

edifici: questa è resa possibile attraverso l’utilizzo di un insieme di dispositivi dotati di

intelligenza propria che si scambiano messaggi al fine di poter eseguire in modo

automatico una o più operazioni. Si provi a pensare ad esempio ad una gestione

automatica della luminosità all’interno dell’abitazione, regolata automaticamente

attraverso l’apertura delle tapparelle durante le ore del giorno e la regolazione dimmer

dei punti luce (cioè la regolazione graduale dell’intensità luminosa delle luci) qualora la

luce solare non fosse sufficiente a raggiungere il valore di luminosità preimpostato.

Appartiene, quindi, al campo della domotica tutto ciò che in una casa è automazione

ed è programmabile grazie all’elettricità. Viene utilizzata l’informatica per integrare tutti

gli impianti a comando elettrico in un unico sistema di gestione globale in grado di

migliorare lo stile di vita degli abitanti e rendere la casa più confortevole, sicura ed

efficiente.

La domotica trova le sue radici nell’automazione industriale. Tutte le aziende di

medie o grandi dimensioni sono portate a standardizzare i processi produttivi per

poterli poi rendere automatici al fine di aumentare la produzione e la qualità dei prodotti

diminuendo i costi in maniera significativa. La domotica adatta gli stessi meccanismi di

controllo delle aziende a contesti domestici, caratterizzati da processi molto più

semplici dei precedenti.

In base alla tipologia di edificio a cui la domotica viene applicata si identificano

due macrocategorie, Home Automation e Building Automation. Si parla di Home

Automation quando l’automazione riguarda il singolo appartamento o comunque

un’abitazione non molto estesa che richiede, quindi, una gestione automatizzata di tutti

i dispositivi presenti all’interno della casa al fine di aumentare le prestazioni del

sistema. Oltre ai servizi base che offre un impianto domotico, cioè quelli relativi agli

impianti elettrici e tecnologici, esso deve essere in grado di fornire ulteriori servizi,

come, ad esempio, funzioni di intrattenimento e svago per migliorare il comfort

all’interno delle mura domestiche. Per questi motivi il sistema deve essere in grado di

“colloquiare” con l’utente e di saper soddisfare ogni sua esigenza in tempo reale. La

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Building Automation, invece, si occupa di applicazioni più estese e complesse che

interessano un intero edificio, come ad esempio, alberghi, teatri, musei e università. In

questo caso i diversi tipi di servizi che l’impianto deve offrire vengono definiti a priori al

momento dell’installazione e riguardano funzionalità semplici come la gestione del

risparmio energetico, il controllo degli accessi e la sicurezza dell’edificio. Il sistema di

automazione risulta, quindi, meno articolato rispetto al precedente, ma con una

complessità direttamente proporzionale all’ampiezza dell’edificio.

Quando un’abitazione è dotata di un sistema domotico in grado di integrare il

sistema di automazione domestica con gli altri sistemi presenti nell’abitazione, come gli

impianti di sicurezza e quelli dedicati all’intrattenimento audio-video, si può parlare di

casa intelligente o di gestione intelligente dell’edificio.

2.1. Caratteristiche

I dispositivi utilizzati nella domotica devono rispecchiare la qualità e la facilità

d’uso degli oggetti utilizzati abitualmente dalle famiglie. Il sistema risultante deve

essere infatti sicuro e semplice da utilizzare, in modo che qualsiasi utente possa

sfruttare al massimo le potenzialità dell’impianto senza doversi preoccupare di

incombere in eventuali pericoli. Si evidenziano qui di seguito i principali fattori che

distinguono un sistema domotico da un impianto tradizionale.

Un primo requisito di un impianto domotico è l’affidabilità: il sistema domotico

deve funzionare in ogni momento senza richiedere particolari attenzioni per la

risoluzione dei possibili guasti. In presenza di un errore, il sistema deve essere in

grado di riconoscere l’origine di tale problema, trovare un’alternativa per far proseguire

tutte le attività in corso, anche se con funzionalità ridotte, segnalare il guasto all’utente

e, se necessario, segnalarlo anche a un operatore che, attraverso la telegestione o

l’intervento sul campo, provvede a rimettere in funzione l’impianto. Un guasto che

riguarda, invece, un problema esterno al sistema, come ad esempio l’interruzione

dell’energia elettrica, è risolvibile solo nel caso in cui l’impianto sia stato progettato

adeguatamente per sopravvivere anche a queste condizioni (nell’esempio sopracitato

deve essere presente una batteria oppure un gruppo di continuità). Nell’impianto

tradizionale, un problema potrebbe causare il blocco dell’intero sistema, rendendo

necessario l’intervento di un tecnico per ripristinarne il funzionamento.

Un altro punto di forza dei sistemi domotici è l’utilizzo di un’intelligenza

distribuita: ogni singolo dispositivo è dotato di un proprio microprocessore e di un

proprio programma, per cui l’eventuale malfunzionamento del componente stesso

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coinvolge solo le funzioni ad esso associate. Si parla di funzione al plurale in quanto

molti di questi dispositivi sono plurifunzionali: questo significa che, in base alla

configurazione, essi possono svolgere funzioni che in un impianto tradizionale vengono

svolte da più dispositivi, portando, quindi, ad un risparmio sia sul numero di apparecchi

utilizzati che sul costo del cablaggio. Ad esempio, un unico sensore di presenza può

essere utilizzato per aprire una porta, per accendere una luce e per rilevare

un’intrusione. Per effettuare la stessa operazione con un impianto tradizionale, si

dovrebbe ricorrere ad una duplicazione dei cavi e dei dispositivi con un conseguente

aggravio dei costi. Inoltre, se si volessero modificare le funzioni che i dispositivi devono

offrire, nell’impianto domotico è necessaria la sola riprogrammazione del singolo

dispositivo attraverso un apposito software, senza dover modificare tutto l’impianto (ad

esempio, si può dire ad un pulsante di accendere la luce della cucina anziché quella

del salotto solamente cambiando la configurazione software del pulsante, senza dover

andare a cambiare il cablaggio o le apparecchiature), contenendo così i costi in

maniera significativa e rendendo più veloce il cambio della configurazione.

Nell’impianto tradizionale, al contrario, le funzionalità degli impianti sono realizzate con

collegamenti fisici e ogni modifica richiederebbe un rifacimento più o meno impegnativo

del cablaggio.

Il cablaggio di un impianto domotico è infatti molto più semplice rispetto al

cablaggio tradizionale e permette di risparmiare fino al 60% dei costi. Questo è reso

possibile poiché i cavi di energia sono limitati al collegamento degli attuatori e delle

prese elettriche, mentre gli altri collegamenti possono essere effettuati con cavi di

piccola sezione. La riduzione della concentrazione di cablaggio porta ad una riduzione

del carico infiammabile e, quindi, ad un considerevole miglioramento della sicurezza.

Inoltre, si ha una notevole riduzione del fenomeno elettromagnetico e, siccome i

dispositivi di comando non sono alimentati dalla tensione di rete, si evita la possibilità

di un contatto diretto con le linee di potenza (la “scossa elettrica”). Per lo stesso motivo

è possibile posizionare i diversi dispositivi di comando anche in zone non consentite

con l’impianto tradizionale (ad esempio, in alcune zone del bagno). Nel caso di un

impianto tradizionale, i cavi utilizzati sono tutti cavi di potenza, per cui ci si trova di

fronte a costi maggiori sia per quanto riguarda i cavi stessi che per la predisposizione e

la manodopera. Inoltre, dato l’utilizzo di una maggiore quantità di cavi, è richiesta una

maggiore protezione contro il carico infiammabile.

Un ulteriore fattore importante da sottolineare è il fattore costo. In un impianto

domotico si deve affrontare un costo iniziale maggiore di quello di un impianto

tradizionale poiché si devono acquistare dispositivi più complessi e, di conseguenza,

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più costosi. Successivamente però, si ha una notevole riduzione sia nei costi da

sostenere per effettuare una modifica al sistema che nei costi di esercizio. Come già

visto, infatti, se si vuole aggiungere un nuovo dispositivo al “vecchio” impianto

domotico, o effettuare una piccola variazione dei servizi offerti, deve essere fatta

solamente una piccola modifica software. Inoltre, l’impianto domotico consente di

focalizzare l’attenzione sugli utenti e di risparmiare nei costi ottimizzando al massimo le

funzioni offerte. Per capire meglio questo concetto si provi a pensare ad una situazione

nella quale l’impianto, tramite i rilevatori di presenza, monitori costantemente la

posizione dell’utente e, se questo resta per più di venti minuti nella stessa stanza,

provveda a spegnere le luci dimenticate accese negli altri locali e ad abbassare la

potenza del riscaldamento nelle stesse. Oppure ad un’altra situazione in cui l’impianto

domotico rilevi l’apertura di una finestra e, anche in questo caso, provveda ad

abbassare la potenza del riscaldamento per evitare inutili sprechi di calore. In un

impianto tradizionale queste operazioni sono molto difficili da compiere, se non

impossibili. Si avrebbero costi iniziali minori ma poi, se dovessero essere apportate

modifiche, bisognerebbe passare ad una ridefinizione dell’impianto, con nuovi cablaggi

e nuove opere murarie. Si pensi, ad esempio, all’aggiunta di un nuovo interruttore per

aprire una serratura. Questo comporterebbe un nuovo cablaggio per portare il segnale

dall’interruttore fino al comando di apertura della porta. Nel caso in cui questa

operazione fosse fatta su un edificio d’epoca essa sarebbe ancora più costosa e

delicata per non rovinare l’estetica dell’edificio. Con un impianto domotico, invece,

questa operazione sarebbe molto più semplice. Inoltre, i comandi possono essere

installati con collegamento in radiofrequenza in modo da poterli apporre sulla parete

senza dover aggiungere cablaggi. Così facendo sarebbe possibile recuperare spazi da

sfruttare poi per nuovi cablaggi.

Infine, la caratteristica fondamentale che differenzia i sistemi domotici da quelli

tradizionali è l’integrazione. Nella progettazione tradizionale (vedi Figura 1) coesistono

impianti diversi ed indipendenti che non sono in grado di colloquiare ed interagire tra

loro. Questo implica che per offrire un determinato servizio utilizzando dispositivi

differenti è necessario ricorrere ad una duplicazione dei cavi utilizzati. Inoltre, non è

possibile creare funzionalità che interessano dispositivi appartenenti a sistemi diversi.

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Figura 1: impianto tradizionale

Al contrario, i sistemi domotici (vedi Figura 2) permettono di ottenere un unico impianto

in cui tutti i dispositivi sono collegati da un solo cavo e sono in grado di scambiarsi

qualsiasi informazione. In questo modo, si riescono ad offrire all’utente servizi migliori,

garantendo loro maggior sicurezza e maggior comfort.

Figura 2: impianto domotico

La realizzazione di uno scenario è l’esempio più significativo. Lo scenario è una

sequenza di istruzioni, semplici o complesse, che consente di eseguire un insieme di

operazioni ripetitive attraverso un solo comando. Si riporta qui di seguito l’esempio di

un possibile scenario che ha la finalità di mantenere una certa luminosità e una

determinata temperatura all’interno di quelle stanze in cui viene rilevata la presenza di

una persona. Per prima cosa viene fatta un’integrazione tra luce naturale ed artificiale,

regolando la prima con tapparelle motorizzate e la seconda con comando dimmer. Poi,

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grazie all’integrazione con gli altri sistemi, l’impianto domotico è in grado di interagire

con l’impianto di sicurezza per rilevare la presenza di persone e con l’impianto di

riscaldamento/condizionamento per mantenere la temperatura desiderata. Uno

scenario di questo tipo si può realizzare anche con le tecniche tradizionali, ma ci

sarebbero molte più complicazioni e costi più elevati. Inoltre, se in seguito si volesse

modificare lo stesso scenario, per aggiungere ad esempio nuove funzionalità, quasi

sicuramente bisognerebbe rifare tutto il lavoro. Con l’impianto domotico tale

cambiamento può essere invece effettuato molto semplicemente attraverso la modifica

software dello scenario.

Figura 3: differenza tra il cablaggio tradizionale e il cablaggio intelligente

Si è visto che l’impianto domotico offre molti più servizi rispetto a quello

tradizionale ma, dati i costi iniziali di investimento e lo scetticismo delle persone

riguardo le nuove tecnologie, questo sistema fatica ancora a prendere piede nel nostro

paese. La maggior parte delle persone preferisce restare legata a dispositivi già

conosciuti e garantiti. Così, nel caso di un guasto, è possibile chiamare un qualsiasi

elettricista che provvede subito alla sostituzione dell’apparecchio con costi contenuti.

Con un sistema domotico, invece, l’utente dovrebbe innanzitutto cercare un installatore

in grado di utilizzare questa tecnologia e, una volta installato l’impianto, chiedere

informazioni su come utilizzarlo al meglio per sfruttare tutte le potenzialità che offre.

Inoltre, al verificarsi di un guasto non risolvibile automaticamente dal sistema o

dall’utente, quest’ultimo dovrebbe sempre recarsi da un installatore specializzato. Negli

ultimi anni, grazie alle nuove tecnologie, si è visto un notevole incremento di dispositivi

intelligenti con un conseguente decremento del costo unitario e, indirettamente, un

buon incremento di installatori in grado di operare in questo settore. Inoltre, la

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possibilità di interagire con l’impianto domotico attraverso internet per poter comandare

il sistema direttamente dal lavoro o da altri luoghi (ad esempio, per accendere il

riscaldamento in anticipo in modo da trovare l’abitazione alla temperatura desiderata al

proprio rientro) favorisce ancora di più lo sviluppo di questa tecnologia. È previsto che

nei prossimi anni la casa domotica prevalga sempre di più sui vecchi impianti e, a

dimostrazione di questo, si possono portare esempi di moltissime costruzioni importanti

già realizzate con il sistema domotico, come la sede principale del distributore PUMA

di Herzogenaurach, parte dell’aeroporto Ben Gurion di Israele, il parlamento di Helsinki

e l’ufficio della cancelleria federale di Berlino.

2.2. Vantaggi

Un impianto domotico ben configurato permette di ottenere alcuni importanti

vantaggi. Prima di tutto, con un sistema ben configurato si può ottenere un notevole

risparmio energetico. Per meglio spiegare come questo possa essere raggiunto si

riprende l’esempio accennato all’interno del capitolo scorso. Si è detto che l’impianto

domotico può gestire al meglio l'illuminazione all'interno di un edificio integrando le

movimentazione degli elementi oscuranti, come ad esempio le tapparelle, con la

regolazione dimmer dei punti luce. La situazione si può ottimizzare scegliendo

opportune logiche di funzionamento che consentano di aumentare il risparmio

energetico. Ad esempio, nel periodo estivo, si può ottenere un bilancio energetico

positivo attraverso l'oscuramento dell’interno dell’abitazione, al fine di ridurre

l'irraggiamento solare, e l’accensione delle luci anche durante le ore del giorno: così

facendo, è possibile ottenere un costo energetico decisamente inferiore a quello che si

otterrebbe utilizzando l’impianto di condizionamento. Abbinando il sistema domotico ad

un sistema di controllo dei consumi si riesce ad ottenere un buon equilibrio, attenuando

i picchi ed eliminando gli sprechi in modo significativo (si parla di risparmi dell'ordine

delle due cifre percentuali). Inoltre, è possibile istruire l’impianto al fine di non superare

mai la massima soglia di energia consentita dall’erogatore di quest’ultima (ad esempio,

posticipando l’accensione del forno se sono già attivi sia la lavatrice che la

lavastoviglie). Il risparmio può essere ancora più accentuato se si sceglie di affiancare

all’impianto domotico una fonte di energia rinnovabile, solare attivo, solare passivo,

eolico o fotovoltaico che sia.

Un secondo vantaggio che si può ottenere utilizzando un sistema domotico

riguarda la sicurezza. Tutti amano la sicurezza entro le pareti domestiche e pensare

che la casa sia sicura anche quando non è abitata. Con l’utilizzo di un impianto

domotico è possibile aumentare la sicurezza di un abitazione sia a livello ambientale

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(safety) che a livello personale (security). I sistemi che hanno la funzione di garantire la

sicurezza ambientale agiscono al verificarsi di un problema fisico, come ad esempio

una fuga di gas o un incendio. La reazione del sistema può essere una segnalazione

acustica o luminosa sia all’interno che all’esterno dell’abitazione, un messaggio

preregistrato sul telefonino del proprietario o del servizio di vigilanza, o la risoluzione

effettiva del problema, come la chiusura dell’erogazione del gas o l’attivazione di

sistemi di spegnimento incendi. Sono già in commercio soluzioni integrate con controlli

di questo tipo. Ad esempio, si possono trovare cappe per la cucina che riconoscono

l’odore del gas e reagiscono attivando appositi allarmi, iniziando l’aspirazione e

avvisando l’utente via sms nel caso si verifichi una fuga. Nei locali in cui, invece, è più

probabile che si verifichino perdite d’acqua e allagamenti è possibile installare sensori

ad altezza pavimento, collegati alle elettrovalvole che gestiscono l’impianto di

distribuzione. L’altro tipo di sicurezza, quella personale, si può ottenere attraverso

l’installazione di un impianto anti-intrusione e la sua integrazione con il sistema

domotico per permettere, ad esempio, di rilevare ciò che accade in prossimità del

cancello attraverso la telecamera del videocitofono.

Gli ultimi anni hanno visto un utilizzo sempre maggiore di strumenti che, come il

telefono cellulare, sono una notevole fonte di inquinamento elettromagnetico, pertanto

si è sentita l'esigenza di ridurre il più possibile il cosiddetto elettrosmog. Il primo luogo

in cui si cerca di farlo è nella propria abitazione, in modo da sentirsi in un ambiente

sicuro almeno all’interno delle mura domestiche. La domotica fornisce un grande aiuto

anche in questa direzione, riducendo al minimo tale inquinamento e fornendo

informazioni utili a ridurne il possibile danno. Per prima cosa, il campo magnetico

derivante dalla corrente elettrica è ridotto drasticamente ed è reso presente solo

quando serve realmente: come si è già visto nel capitolo 2.1, infatti, tutti i dispositivi a

comando sono collegati con cavi sottili a bassissima tensione mentre i cavi di energia

sono presenti solamente qualora sia presente una presa o un attuatore. In secondo

luogo, le fonti inquinanti vengono dislocate il più lontano possibile dalle zone in cui

l’utente trascorre la maggior parte del proprio tempo. Infine, viene preferito l’utilizzo del

cablaggio via filo rispetto all’utilizzo delle onde radio. Quest’ultimo tipo di collegamento

è previsto solamente nei casi in cui ci sia la reale necessità di utilizzarlo, come nella

ristrutturazione di antichi edifici per evitare di dover apportare opere murarie, nella

creazione di abitazioni con pareti di vetro per poter apporre i dispositivi di comando

senza dover collegare alcun filo, oppure nei casi in cui sia il proprietario stesso

dell’abitazione a farne richiesta.

17

L’ultimo vantaggio importante da evidenziare riguarda il miglioramento della

qualità della vita che un sistema domotico può offrire, specialmente se orientato

all’assistenza di persone disabili. Infatti, l’autonomia di queste persone può essere

decisamente migliorata rendendo automatiche alcune operazioni e fornendo loro

strumenti adeguati per poter gestire l'edificio, come, ad esempio, interfacce per il

controllo vocale o semplici palmari. Inoltre, possono essere utilizzati servizi di

telesoccorso e di teleassistenza per consentire agli utenti di sentirsi al sicuro anche

senza la presenza fisica continua di un assistente. Per poter alleviare ancor più le

condizioni di debilitazione si possono realizzare strumenti che, da un lato permettano di

ridurre la fatica fisica e aumentare la mobilità, e dall'altro facilitino l'accesso ai mezzi di

comunicazione (ad esempio strumenti audio e video per la comunicazione a distanza

con altre persone) o più semplicemente svolgano un'azione di intrattenimento. Nel

prossimo capitolo si spiegherà meglio come queste tecnologie possano realmente

essere d’aiuto a persone non completamente autonome e, nel corso della tesi, si andrà

ad analizzare e progettare una reale struttura in grado di migliorare la qualità della vita

di persone disabili.

18

3 LA DOMOTICA COME SOLUZIONE PER I

PORTATORI DI HANDICAP

La tecnologia è in grado di offrire al giorno d’oggi una quantità di servizi in

continuo aumento, del tutto nuovi o decisamente migliorati rispetto a quelli del passato,

attraverso l’”implementazione” delle nuove conoscenze e attraverso l’uso di nuove

metodologie di comunicazione. Non a caso, l’attuale società viene chiamata "società

dell'informazione". Queste novità non potranno mai essere apprezzate da un abile

nello stesso modo in cui lo siano per un diversamente abile o per un anziano. Grazie

alla tecnologia, infatti, è possibile rimuovere, o perlomeno alleviare, i problemi che

queste persone devono affrontare quotidianamente. Una persona con una disabilità

agli arti superiori, ad esempio, è oggi in grado di scrivere un testo al computer

utilizzando un sintetizzatore vocale, che traduce il suono rilevato e lo salva in un file di

testo. L’evoluzione di questi anni ha interessato anche i computer stessi, permettendo

loro di offrire un interfaccia sempre più semplice ed intuitiva, rendendoli alla portata di

tutti. Offrendo alle persone disabili degli strumenti adeguati per superare il proprio

deficit, anche loro sono in grado di interagire con il computer e lo possono utilizzare per

cercare di ridurre le diverse barriere di esclusione e di differenziazione che si trovano di

fronte. Il compito di questi strumenti, definiti più propriamente ausili, è quello di rendere

più efficaci e comprensibili le azioni che la persona disabile compie per interagire con

l’ambiente che la circonda. Essi sono, quindi, apparati, più o meno complessi, che

ricevono segnali particolari dalla persona disabile e li ritrasmettono in modo più

comprensibile all’ambiente circostante, al fine di migliorare la qualità di vita e di

garantire alle persone più autonomia. Vengono distinti principalmente in ausili per

disabilità fisica e per disabilità intellettiva, o ritardo mentale. Nel caso di disabilità fisica,

l’ausilio è rappresentato da una sorta di protesi che permette all’utente di effettuare

determinate operazioni, come, ad esempio, aste applicate sulla fronte o sul mento che

permettono di premere i tasti del computer guidando i movimenti dell'asta stessa con il

solo movimento della testa o della bocca. Nel caso di ritardo mentale, invece, l’ausilio è

rappresentato dallo strumento di riabilitazione di cui si serve la persona che assiste il

disabile.

Per aiutare la vivibilità di un disabile all’interno di un’abitazione, il sistema

ausilio complessivo può presentare ingressi e uscite speciali per consentirgli di poter

gestire tutti i dispositivi elettrici ed elettronici della propria casa, quali ad esempio, luci,

televisioni, porte e finestre, in modo autonomo e intelligente. Attraverso l’utilizzo di un

solo computer o di dispositivi simili, come un palmare, un apparecchio Touch-Screen o

19

un telecomando, si permette all’utente di interagire con tutto l’impianto domotico,

garantendogli un pieno controllo dell’abitazione. L’utilizzo di quest’unica consolle di

comando per eseguire tutte le varie operazioni viene sfruttato sia per diminuire lo

sforzo fisico, altrimenti necessario per compiere alcune azioni, che per ridurre il

numero di operazioni da memorizzare, al fine di semplificare il più possibile la gestione

del sistema, consentendo l’automazione di azioni ripetitive e spesso disagevoli.

Un altro campo importante su cui si concentra la domotica nel caso di sistemi

per utenti disabili è quello della teleassistenza. L’obiettivo principale è quello di fornire

al disabile un’assistenza remota, garantendogli assoluta sicurezza senza la presenza

di un assistente fisico nell’abitazione e di renderlo più autonomo, fornendogli una serie

di servizi gestiti in modo remoto. Si possono così tenere sotto controllo le condizioni

psicofisiche dell’utente, gestendo le richieste d’intervento sanitario (medico di famiglia,

118 o farmacie), e controllare l’accensione e lo spegnimento del riscaldamento e di

tutte le diverse utenze elettriche. Un ulteriore livello di sicurezza viene raggiunto

attraverso il monitoraggio di parametri sanitari per verificare costantemente le

condizioni di salute, come, ad esempio, il controllo della pressione e del ritmo cardiaco.

L’impianto domotico può, inoltre, essere utilizzato per ricordare agli utenti di assumere

determinati farmaci, ad esempio, attivando un suono e facendo apparire una scritta sul

televisore di casa. Se l’utente considerato presenta notevoli difficoltà motorie si

possono utilizzare, inoltre, sensori di riconoscimento basati su RFID (identificazione a

radio frequenza) che rilevano la presenza di una persona ed eseguono delle

determinate azioni, come, ad esempio, l’apertura di una porta o l’accensione di una

luce.

Riassumendo, un sistema domotico può, quindi, fornire all’utente disabile un

supporto che gli permetta di poter decidere quali azioni compiere e quali lasciar gestire

al sistema stesso in assoluta sicurezza e tranquillità.

20

4 STATO DELL’ARTE E BUS DI COLLEGAMENTO

Quando una nuova tecnologia si appresta ad entrare sul mercato, per essere in

grado di competere con le altre già presenti deve soddisfare tre requisiti fondamentali.

1. Deve utilizzare standard ben definiti e noti a tutti. L’uso di standard

universalmente riconosciuti permette all’utente di poter utilizzare prodotti di

diverse aziende offrendo, quindi, una maggiore libertà di scelta sia al

committente che al progettista.

2. Non ci deve essere alcun vincolo sull’uso degli standard. Utilizzare standard

che possano essere impiegati liberamente, anche quando sono di proprietà

intellettuale di un’azienda, garantisce che nessuno possa proibirne l’uso da un

momento all’altro, vanificando così gli investimenti già fatti, e consente ai diversi

costruttori di poterli adottare per le loro apparecchiature.

3. Deve esserci un consistente numero di aziende indipendenti che utilizzino tale

tecnologia nei loro prodotti. L’adozione di un unico standard da parte di un alto

numero di produttori ha quattro conseguenze positive:

a. Le aziende che producono i componenti elettronici per realizzare i vari

dispositivi sono invogliate ad effettuare maggiori investimenti tecnologici e a

migliorare costantemente il prodotto offerto.

b. Una maggior richiesta di componenti abbassa il loro costo unitario,

permettendo così ai clienti di risparmiare e ai produttori di dispositivi di

essere sempre più competitivi rispetto alle apparecchiature tradizionali.

c. La tecnologia si diffonde sempre più rapidamente consentendo di avere una

richiesta sempre maggiore e, di conseguenza, un maggior numero di

operatori del settore in grado di utilizzarla.

d. Il cliente è maggiormente garantito nell’investimento fatto, poiché il suo

sistema potrà evolvere nel tempo, grazie ad una sempre maggiore offerta di

dispositivi compatibili, e avrà la certezza dei ricambi anche negli anni a

venire.

Quando un sistema soddisfa tutti questi tre questi requisiti il sistema si dice aperto.

La principale motivazione per cui la domotica è entrata con fatica nel mercato,

oltre allo scetticismo di cui si è parlato precedentemente, è stata appunto l’assenza di

uno standard comune. Dispositivi creati rispettando le regole di un determinato

protocollo non potevano comunicare con dispositivi progettati per il funzionamento con

un protocollo differente. Alcune associazioni domotiche hanno deciso, quindi, di unire

21

le proprie forze e creare un unico standard mondiale aperto per Home e Building

Automation, che verrà descritto all’interno del capitolo 5 : il protocollo KNX.

4.1. Metodologie di comunicazione

Nella realizzazione di un impianto d’automazione, la comunicazione può essere

effettuata in diversi modi. I tre principali sistemi di comunicazione fanno uso di BUS, di

onde convogliate e di tecnologia a radiofrequenza, illustrati brevemente nelle prossime

pagine.

BUS

Il sistema BUS invia i comandi utilizzando un cavo dedicato, costituito da una

coppia di conduttori schermati e ritorti (twisted pair) che gli garantiscono un’immunità ai

disturbi molto elevata. Le istruzioni di controllo che vengono inviate possono

raggiungere alte velocità. Per controllare che non avvengano collisioni quando

vengono inviati i messaggi e per permettere di assegnare loro differenti livelli di priorità,

vengono utilizzati protocolli di controllo degli accessi al mezzo trasmissivo. Nel sistema

BUS, tutti i dispositivi del sistema restano costantemente in ascolto sul BUS e

provvedono ad inviare le informazioni solo quando gli viene richiesto. Tutte le

trasmissioni, infatti, sono causate da eventi esterni, come la pressione di un pulsante,

lo scadere di un timer o l’attivazione di un sensore.

Onde convogliate

Il sistema ad onde convogliate è caratterizzato dall’utilizzo della linea di potenza

per inviare i messaggi di comando e controllo. Una caratteristica fondamentale per

poter creare un sistema di questo tipo è che la rete elettrica sia caratterizzata da una

tensione sinusoidale, senza distorsioni e con tolleranze molto rigide (tensione fra fase

e neutro 230 V ± 10% e frequenza pari a 50 Hz ± 0,5 Hz). La comunicazione avviene

con modalità bidirezionale half-duplex e la velocità di trasmissione può raggiungere i

1200 bit/s. Anche in questo caso, lo stato naturale di ogni dispositivo è quello di essere

in ricezione. La trasmissione avviene modulando in frequenza i 50 Hz nominali di rete

con la tecnica SFSK (Spread Frequency Shift Keying). I simboli binari vengono tradotti

in segnali sinusoidali con durata identica ma con frequenza differente. Al momento

dell’invio, l’informazione binaria viene trasmessa sommando questi segnali alla

tensione di rete. Il dispositivo ricevente provvede, quindi, ad estrarre la sequenza di bit

dal segnale ricevuto. Se nell’ambiente sono presenti dispositivi elettrici non

22

adeguatamente protetti, questi possono produrre delle interferenze rendendo così

inefficace il sistema.

Radiofrequenza

Il sistema di comunicazione a radiofrequenza consente ai dispositivi di potersi

scambiare informazioni senza essere fisicamente collegati. Per questo motivo, esso

viene ampiamente utilizzato per ristrutturazioni di edifici d’epoca o per installazioni

nelle strutture con pareti di vetro. La trasmissione viene effettuata tramite una

modulazione di frequenza della portante radio. Per legge, alcune frequenze sono

riservate a trasmissioni a corto raggio, per cui i dispositivi di sicurezza ed antintrusione

operano ad una frequenza di 433,92 MHz, mentre quelli d’automazione comunicano ad

un frequenza compresa tra 868 e 868,6 MHz. Nei sistemi di automazione, le collisioni

vengono evitate utilizzando il protocollo predictive p-persistant CSMA (Carrier Sense

Multiple Access), che consente di ottenere eccellenti prestazioni anche in caso di

sovraccarico della rete.

Le principali caratteristiche dei diversi sistemi di comunicazione appena descritti

sono riassunte nella Tabella 1. È, inoltre, evidenziato l’utilizzo che ne viene fatto. I

sistemi ad onde convogliate sono utilizzati nei casi in cui si effettui una ristrutturazione

di un’abitazione o di un edificio e si voglia mantenere il cablaggio originario. Quelli in

radiofrequenza vengono invece utilizzati per ristrutturazioni di abitazioni o studi

professionali in cui non si vogliono fare ulteriori cablaggi, come ad esempio in uno

studio con pareti di vetro. Infine, nel caso di una nuova abitazione o di una grande

ristrutturazione si preferisce l’utilizzo di un sistema BUS. Guardando la tabella ancora

più nel dettaglio si può notare che il sistema BUS è quello con le caratteristiche migliori

ed è l’unico che non impone alcuna limitazione. Si può, quindi, affermare che, se non vi

sono vincoli da rispettare, il sistema che viene utilizzato per un impianto d’automazione

domestica è il sistema BUS.

23

Tabella 1: principali caratteristiche delle differenti metodologie di comunicazione

BUS ONDE CONVOGLIATE RADIOFREQUENZA

Affidabilità Ottima Buona Ottima

Immunità ai disturbi di rete

Ottima Scarsa Buona

Immunità ai disturbi radio

Ottima Ottima Sufficiente, monitorata

Facilità di installazione in impianti esistenti

Buona Ottima Ottima

Facilità di ricerca guasti

Ottima Ottima Ottima

Facilità di amministrazione

Ottima Ottima Ottima

Miglior campo applicativo

Nuovi edifici, ristrutturazioni estese e complesse

Ristrutturazione di edifici dove è difficoltoso ricablare

Ristrutturazione di abitazioni e studi professionali abitati

Requisiti di base

Cavo BUS Filtri per disaccoppiare il sistema dalla rete elettrica

Canale radio libero e senza interferenze

Limitazioni Nessuna limitazione

La trasmissione può essere alterata da possibili gruppi di continuità o raddrizzatori di rete. Non devono essere presenti altri sistemi di trasmissione con frequenza portante per la trasmissione di dati o informazioni in rete (ad esempio citofoni interni). Si può usare un solo ripetitore di segnale. Non garantisce sicurezza.

Gli ambienti devono essere permeabili alle onde radio

4.2. Sistema BUS

Un paragone che esprime bene l’idea del funzionamento dei sistemi BUS è

quello degli autobus. Entrambi eseguono la funzione di trasportatore, lavorano ad una

velocità ben definita, seguono determinati percorsi per raggiungere le destinazioni e

utilizzano determinati dispositivi per regolare il traffico al fine di evitare ingorghi che

potrebbero anche causare incidenti.

Il BUS può essere suddiviso in due categorie a seconda della tipologia di

arbitraggio. La prima tipologia, che prende il nome di BUS centralizzato, prevede

l’utilizzo di un dispositivo centrale a cui tutti gli altri apparecchi devono fare riferimento

per ogni operazione. Quando uno di essi deve inviare un messaggio è necessario che

richieda al congegno centrale l’autorizzazione a trasmettere (vedi Figura 4). Questa

24

metodologia consente di non avere problemi di collisioni (in quanto il dispositivo

centrale consente l’invio ad un solo dispositivo alla volta), ma presenta numerosi

svantaggi:

- un guasto al dispositivo centrale causa il blocco dell’intero impianto;

- il dispositivo centrale e i vari dispositivi devono scambiare messaggi tra loro

in continuazione;

- richiede spesso una elevata velocità di comunicazione per trasferire i

messaggi;

- richiede una tipologia di cablaggio ben definita per collegare tutti i dispositivi

a quello centrale;

- risulta difficile modificare l’impianto in caso di espansione, per cui, in fase di

creazione, è necessario sovradimensionare l’impianto.

Figura 4: architettura BUS a logica centralizzata

L’altra tipologia, il BUS decentralizzato, consente a ciascun dispositivo di poter

inviare liberamente un messaggio senza bisogno di alcuna autorizzazione (vedi Figura

5). Per evitare che avvengano collisioni, deve essere presente un opportuno protocollo

di comunicazione che consenta al dispositivo stesso di poter controllare che il BUS sia

libero prima di procedere all’invio. Il BUS decentralizzato risolve tutti gli svantaggi

causati dal sistema BUS centralizzato per cui è quello normalmente utilizzato negli

impianti d’automazione domestica.

25

Figura 5: architettura BUS a logica distribuita

Il sistema BUS permette di far comunicare tutti i dispositivi utilizzando un unico

cavo, consentendo così di ottenere un impianto in cui tutti i dispositivi possono

interagire, anche se appartengono a sistemi diversi (impianto d’illuminazione, impianto

di condizionamento, motorizzazioni). È importante però che i diversi sottosistemi

utilizzino lo stesso protocollo di comunicazione. Se così non fosse, essi si

ritroverebbero a parlare lingue diverse per cui non sarebbero in grado di dialogare

(vedi Figura 6).

Figura 6: comunicazione tra dispositivi che appartengono a BUS differenti

Al momento della scelta dell’impianto è preferibile, quindi, scegliere di utilizzare

sistemi che utilizzano un determinato protocollo standard, in modo da poterli poi

integrare con gli altri già presenti ed ottenere un sistema in cui tutti i dispositivi sono in

grado di scambiarsi informazioni (vedi Figura 7). Il sistema risultante può essere quindi

gestito e monitorato da un'unica postazione, che può essere un dispositivo di

supervisione Touch-Screen, un palmare o un personal computer.

26

Figura 7: comunicazione tra dispositivi che appartengono allo stesso BUS

Grazie all’utilizzo di una linea dedicata alimentata con bassissima tensione, il

sistema BUS consente di limitare il problema dell’inquinamento elettromagnetico.

Come già visto nei capitoli precedenti, infatti, nei sistemi tradizionali tutti i collegamenti

sono effettuati con i cavi utilizzati per trasportare l’energia. Negli impianti

d’automazione domestica, invece, la linea di potenza raggiunge solamente i dispositivi

interessati, come, ad esempio, le tapparelle (vedi Figura 8).

Figura 8: collegamento dei dispositivi in un sistema BUS

La topologia del sistema è caratterizzata da un’organizzazione in aree e linee

(vedi Figura 9). A ciascuna linea possono essere collegati un numero massimo di

dispositivi e ad ogni area possono appartenere un numero limitato di linee. Per

garantire e regolare il traffico tra linee ed aree diverse si utilizzano apparecchiature

particolari chiamate accoppiatori.

27

Figura 9: topologia di un sistema BUS

Al momento del collegamento di un nuovo apparecchio intelligente all’impianto

di automazione domestica, devono essere effettuate alcune configurazioni di base.

Innanzitutto, deve essere assegnato un indirizzo fisico locale a tale dispositivo capace

di identificarlo univocamente in tutta la linea. Da questo viene automaticamente

costruito l’indirizzo globale del dispositivo, valido in tutto il sistema, concatenando

l’indirizzo dell’accoppiatore di area con quello di linea e con quello locale. Ad esempio,

l’indirizzo 1.2.3 indica il terzo dispositivo presente sulla linea 2 dell’area 1. La seconda

operazione da compiere riguarda l’assegnazione delle funzioni che il dispositivo deve

realizzare e la modalità con cui le deve effettuare. Ad esempio, si può assegnare ad un

pulsante la funzione di accendere una lampadina o di comandare una tapparella e gli si

può ordinare di comportarsi come un pulsante o come un interruttore. Infine, l’ultima

parte della configurazione consiste nello specificare gli indirizzi dei dispositivi con cui

l’apparecchio deve comunicare. In altre parole, si deve effettuare il cablaggio logico del

sistema. Ad esempio, per permettere al pulsante 1.2.1 di comandare la lampadina

1.2.3, esso deve conoscere tale indirizzo.

4.3. Topologie di rete

È definita topologia di rete la modalità con cui vengono collegati tra loro i diversi

dispositivi. Le più importanti topologie utilizzate per la domotica sono il BUS, la stella,

l’albero e le maglie.

Topologia BUS

Nella topologia BUS tutti i dispositivi sono collegati da un unico cavo. Qualsiasi

messaggio trasmesso viene ricevuto più o meno contemporaneamente da tutti i

dispositivi ma viene letto solamente dai destinatari specificati al suo interno. Il BUS è

28

una tecnologia molto semplice per cui non presenta costi di cablaggio elevati. L’unico

problema che presenta è che un’eventuale rottura del cavo BUS può causare

l’isolamento di più dispositivi. Quando la lunghezza del cavo supera determinati valori,

per garantire una corretta comunicazione è necessario applicare ripetitori che

rigenerano il segnale. Dato che il percorso è unico, esso non richiede procedure per

scegliere l'itinerario migliore per permettere ai messaggi di raggiungere la

destinazione.

Topologia a stella

Nella topologia a stella tutte le comunicazioni passano attraverso un punto

centrale di connessione. Esso può così controllare sia i nodi che la quantità di

messaggi in circolazione nella rete, semplificando la gestione di tutto il sistema e

consentendo di individuare velocemente il possibile malfunzionamento di un

dispositivo. Inoltre, nel caso in cui avvenga la rottura di una connessione il guasto

mette fuori servizio un solo dispositivo. Questa topologia di rete permette di aggiungere

facilmente altri nodi e di creare strutture gerarchiche più complesse, denominate

topologie ad albero. Essa presenta però due limiti. Il primo è che nel caso di guasto o

malfunzionamento del nodo centrale tutta la rete va fuori servizio. Il secondo riguarda i

costi da sostenere se i collegamenti sono realizzati via cavo, che possono essere

molto elevati, sia per la grande quantità di materiale necessario che per l’opera di

cablaggio (dato che ogni dispositivo deve essere connesso al nodo centrale).

Topologia ad albero

Come accennato precedentemente, la topologia ad albero è un’evoluzione della

topologia a stella che consente di costruire sistemi molto complessi e che può essere

vista anche come una stella di stelle. I vantaggi di questa topologia sono che essa

semplifica i problemi di percorso (esiste un solo itinerario fra due nodi) e che contiene i

costi di cablaggio. Anche in questo caso, però, se si guasta un nodo, parte della rete

può essere isolata (vedi Figura 10).

29

Figura 10: possibile guasto in un sistema con topologia ad albero

Topologia a maglie

Nella topologia a maglie ogni nodo è direttamente connesso con molti altri

permettendo a due dispositivi di poter comunicare senza dover necessariamente

attraversare altri apparecchi. Questo rende il sistema molto affidabile. Infatti, se il

collegamento tra due nodi fallisce viene meno solo la funzione da esso assicurata e,

analogamente, se si guasta un dispositivo non sono più disponibili solo le funzioni ad

esso associate.

Figura 11: topologie di rete

30

4.4. Principali standard di comunicazione per

l’automazione domestica

La domotica si è affacciata sul mercato utilizzando differenti protocolli

proprietari che gli hanno impedito di diffondersi rapidamente. Alcuni tra questi protocolli

sono poi stati riconosciuti come standard in riferimento a determinate aree geografiche:

- X-10 e LonTalk sono standard americani;

- HBS è l’unico standard valido per tutto il Giappone;

- BatiBUS, EIB, EHS sono i tre standard europei.

Figura 12: principali standard di automazione domestica

4.4.1. X-10

X-10 nasce nel 1976 da un invenzione dell’ex manager Olivetti-USA Peter

Lasser che ha perseguito con successo lo studio della possibilità di utilizzare il normale

impianto elettrico di casa come supporto per la trasmissione di segnali. Lasser riuscì a

realizzare nella propria abitazione un sistema che consentisse di accendere luci ed

elettrodomestici mediante una centralina di gestione connessa alla rete domestica.

Esso prevedeva l’inserimento di codificatori/decodificatori tra i vari apparecchi da

comandare e l’impianto elettrico e l’utilizzo di un normale telecomando ad infrarossi per

inviare il segnale alla centralina, la quale lo inoltrava poi verso i vari dispositivi situati

anche al di fuori del raggio d’azione del telecomando. X-10 è definito sistema wireless

compatible, cioè compatibile al senza fili, poiché utilizza la metodologia delle onde

convogliate e consente connessioni anche con apparecchi che comunicano via etere. Il

principio che sta alla base di questo standard è molto semplice. Esso prevede

l’installazione di una sola centralina a cui fanno riferimento tutti i dispositivi, sia quelli

connessi fisicamente alla rete domestica e indirizzabili attraverso un proprio codice,

come lampade ed elettrodomestici, che quelli collegati tramite infrarosso o onde radio,

31

come telecomandi e telecamere. Tale centralina è inserita in una normale presa

elettrica o viene installata al posto di un interruttore di corrente mentre tra il dispositivo

da controllare e la rete elettrica a cui è connesso viene inserito un modulo X-10. È

possibile scegliere di utilizzare un computer come centralina ma questo deve essere

dotato di un’opportuna scheda elettronica e deve essere munito di un apposito

software di gestione che presenti un’interfaccia amichevole al fine di facilitare l’utente

nelle operazioni di configurazione. Per differenziare i simboli la portante usa il punto di

attraversamento dello zero da parte dell’onda sinusoidale di tensione a 60 Hz nel

passaggio dal semiciclo positivo a quello negativo o viceversa. I ricevitori sincronizzati

accettano la portante ad ogni punto di attraversamento dello zero (viene scelto questo

punto perché sulle linee elettriche è quello che presenta meno rumore e interferenza

da parte di altri dispositivi). Per ridurre gli errori sono richiesti due attraversamenti dello

zero per trasmettere i simboli binari per cui ogni bit necessita di un ciclo completo a 60

Hz, limitando così la velocità di trasmissione a 60 bit/s. Data la semplicità

d’installazione e la facilità di utilizzo dei diversi dispositivi di tale sistema, questo

standard ha avuto una rapida diffusione tale da essere tuttora ancora molto utilizzato,

sia negli stati americani che in quelli europei.

4.4.2. LonTalk

LonTalk è un protocollo per la realizzazione di sistemi BUS brevettato e

realizzato nel 1990 dall’azienda statunitense Echelon. Il compito di tale azienda è

quello di sviluppare componenti hardware, firmware e software per la costruzione di

un’unica rete, denominata LON (Local Operative Network). Tale sigla è stata coniata

per identificare le reti di automazione domestica e di costruzioni civili e differenziarla

dalle reti di computer, rappresentate, invece, dalla sigla LAN (Local Area Network). I

dispositivi che appartengono al network LON, chiamato anche network LonWorks,

comunicano tra loro utilizzando il protocollo LonTalk. Le applicazioni LonTalk sono nate

principalmente per l’utilizzo in ambito terziario e industriale e si sono in seguito

spostate nel settore domestico.

I nodi di un network LON sono dispositivi intelligenti composti da un’interfaccia

per la trasmissione/ricezione dei dati e da un circuito integrato che si occupa della

comunicazione in rete e della gestione dell’applicazione locale. Esso viene chiamato

Neuron Chip e viene costruito e commercializzato da grandissime aziende di livello

mondiale come Motorola, Cypress e Toshiba. Il Neuron Chip è caratterizzato dalla

presenza al suo interno di tre processori ad 8 bit con più di 10 kbyte di RAM ed

altrettanti di ROM. Il cuore del sistema è il protocollo LonTalk che è implementato

32

direttamente sul Neuron Chip, così da realizzare su un singolo chip un sistema di

controllo completo capace di supportare diversi mezzi di comunicazione: doppino

telefonico, cavi elettrici di potenza, cavo coassiale, fibre ottiche e wireless. In base al

mezzo utilizzato si possono ottenere differenti velocità di trasmissione: un segnale che

viaggia su una cavo di energia elettrica, ad esempio, arriva a velocità di circa 4.000

bit/s, mentre se venisse utilizzato un doppino telefonico di lunghezza limitata, la

velocità potrebbe raggiungere 1.250.000 bit/s. Se alcuni nodi necessitano di una

maggiore potenza di calcolo, il Neuron Chip viene utilizzato come co-processore

collegato ad un secondo processore (vedi Figura 13).

Per accedere ad una rete LON, il protocollo LonTalk prevede quattro tipi di

indirizzamento. L’indirizzo fisico è composto da 48 bit e viene assegnato al dispositivo

al momento della sua fabbricazione. Nella fase di installazione a ciascuno di essi viene

assegnato un indirizzo logico, il quale è suddiviso in tre parti: domain ID, che è

utilizzato per identificare tutti i nodi di un dominio, subnet ID, che rappresenta, invece,

un sottoinsieme di dispositivi appartenenti allo stesso dominio, e node ID, che identifica

il singolo dispositivo. Ciascun nodo può entrare a far parte di un gruppo ed assume,

quindi, anche un indirizzo di gruppo. Infine, è presente l’indirizzamento broadcast, che

viene utilizzato per inviare i messaggi a tutti i dispositivi di una sottorete (subnet

broadcast) o dell’intero dominio (domain broadcast).

Figura 13: schema interno di un dispositivo LON

Ciascun nodo collegato alla rete LON è programmato in modo da inviare

messaggi ad uno o più nodi in seguito ad un cambiamento di stato o al verificarsi di un

evento programmato. Gli indirizzi dei destinatari di un cambio di stato sono codificati

all’interno del Neuron Chip e la notifica del cambio viene fatta nella costruzione dei

sistemi di controllo. Per fare un esempio del funzionamento di un nodo, si può pensare

ad un termostato che, quando rileva una temperatura inferiore al valore limite

impostato, invia un segnale all’unità di controllo della caldaia, che agisce di

conseguenza in base alla sua programmazione interna.

33

Per sviluppare un network LON, Echelon ha sviluppato una serie di componenti

software. Tra questi si può trovare la LonBuilder Development Station che permette ad

ogni utente di configurare un network, di analizzarne il funzionamento e, se fosse

necessario creare un applicazione specifica, di programmare i Neuron Chip dei

dispositivi. Quest’ultima operazione viene effettuata utilizzando il compilatore Neuron

C, tramite il quale è possibile effettuare la programmazione, utilizzando il linguaggio C,

e localizzare eventuali errori. Il sistema si completa con il Lonworks Network Service

(LNS), un potente sistema operativo di rete, sviluppato da Echelon per l’ambiente

Windows, che permette l’installazione, la configurazione, il monitoraggio e il controllo di

tutta la rete LON. LNS si occupa della comunicazione con i diversi dispositivi della rete

e fornisce un’interfaccia software che permette alle applicazioni di produttori differenti

di interagire con la rete LON in modo semplice e ben definito.

In Italia il protocollo LonTalk viene utilizzato da ENEL per il sistema di telelettura

dei nuovi contatori digitali ed utilizza la linea di potenza per monitorare i consumi dei

singoli utenti o per modificare le tariffe.

4.4.3. HBS – Home BUS System

HBS è il protocollo creato nel settembre 1988 da un consorzio di società

giapponesi (Electronic Industries Association of Japan) per garantire la compatibilità tra

tutti i prodotti giapponesi di Home Automation. Si tratta di un protocollo standard per lo

sviluppo di dispositivi domotici, che vengono poi connessi tra loro attraverso l’uso di

due cavi coassiali e da otto coppie di fili intrecciati (twisted pair). Il sistema che viene a

formarsi consente di comandare i vari dispositivi attraverso un controllo che può essere

sia centralizzato che distribuito, con particolare attenzione alla gestione dei dispositivi

audio-video. L’impianto viene infatti predisposto per un facile accesso ai servizi esterni

alla casa, come l’e-procurement via TV (acquisto di merci eseguendo l’ordine

direttamente dal televisore), l’e-learning (apprendimento a distanza) e la telemedicina.

4.4.4. BatiBUS

Nel 1989 importanti aziende europee si riuniscono nel BatiBUS Club

International con l’obiettivo di realizzare e diffondere prodotti basati su un unico

standard. Tale associazione dà presto vita al primo vero sistema a BUS europeo,

basato su un protocollo denominato appunto BatiBUS. La caratteristica principale di

questo standard è l’estrema facilità di installazione degli apparati, ciascuno dei quali

risulta telealimentato direttamente dal BUS ed è individuabile mediante un

34

indirizzamento univoco. Il mezzo di comunicazione utilizzato è il doppino telefonico

intrecciato, eventualmente schermato per eliminare i possibili disturbi, e la rete del

sistema finale può avere una qualsiasi topologia, facilitando eventuali ampliamenti del

sistema. Può essere inoltre possibile utilizzare altri mezzi di comunicazione, come

l’infrarosso, le onde radio e le onde convogliate, interfacciandoli opportunamente con il

doppino.

4.4.5. EHS – European Home System

Lo standard EHS viene creato nel 1987 da EHSA (EHS Association), ovvero da

una collaborazione tra i maggiori produttori europei di sistemi d’automazione domestica

e le agenzie governative, per definire la modalità con cui dispositivi elettrici ed

elettronici, presenti sia all’interno che all’esterno di un’abitazione, devono comunicare

tra loro. La finalità primaria è quella di garantire la comunicazione tra tutte le

apparecchiature presenti in una rete domestica o in un piccolo ufficio. Non si tratta,

quindi, di un network o di un nuovo sistema BUS, ma solamente di una predisposizione

dei vari apparecchi per poter essere integrati su impianti già esistenti. La caratteristica

più importante del sistema è rappresentata dalla funzione Plug & Play, cioè dalla

possibilità di collegare alla rete un nuovo dispositivo senza particolari necessità di

configurazioni iniziali. I mezzi di trasmissione che si possono utilizzare sono il doppino

telefonico, le onde convogliate, il cavo coassiale, le onde radio e i raggi infrarossi e la

topologia della rete è differente a seconda del mezzo trasmissivo scelto. Ogni sezione

della rete permette di indirizzare fino a 256 terminali permettendo così di collegare un

grande numero di dispositivi. EHS è dotato, inoltre, di un servizio sviluppato per fornire

robustezza al sistema contro possibili errori di comunicazione, apparecchi

malfunzionanti o rilocazioni casuali. Esso amministra, infine, l’inizializzazione del

sistema e la riconfigurazione dopo la perdita di energia o il riposizionamento delle

unità.

4.4.6. EIB – European Installation BUS

L’EIB è un protocollo di comunicazione per sistemi BUS promosso a partire dal

1990 dall’associazione di produttori EIBA (EIB Association) per soddisfare le esigenze

legate all’automazione di abitazioni ed uffici. L’obiettivo che EIBA si era data era quello

di promuovere un sistema unico per l’installazione elettrica. I prodotti marchiati con il

simbolo EIB sono oggi garantiti come compatibili ed interoperabili fra di loro e, quindi,

possono coesistere nel sistema anche se provenienti da costruttori differenti.

35

Le attività principali dell’EIBA sono stabilire le prescrizioni relative al prodotto, lo

standard qualitativo e le procedure di verifica, rilasciare le licenze del marchio,

partecipare alla stesura delle normative nazionali ed internazionali e contribuire ad

emanare le disposizioni sulle certificazioni e sui centri di formazione. Il risultato di tutto

questo è la capacità di fornire una serie di prodotti che possano garantire,

indipendentemente dal costruttore, un elevato standard qualitativo ed una totale

compatibilità dei prodotti. Nell’impianto realizzato con il sistema EIB tutti i componenti

devono poter colloquiare tra loro, scambiandosi comandi, segnalazioni e tutti gli altri

parametri utilizzando un unico conduttore bipolare, la linea BUS. Dopo aver collegato

tutti i dispositivi a tale cavo si deve procedere alla configurazione delle funzionalità

dell’impianto e per fare ciò viene utilizzato il software ETS (Engineering Tool Software).

Il sistema EIB è un sistema BUS decentralizzato in cui ogni dispositivo è dotato

di una parte intelligente che contiene al suo interno tutte le informazioni necessarie per

assolvere ai compiti per cui è stato programmato. Tali informazioni sono il nome del

dispositivo (ovvero l’indirizzo fisico) e le funzioni che esso deve svolgere (cioè la

risposta alle domande “che cosa deve fare?” e “con chi lo deve fare?”).

Per poter funzionare, l’impianto EIB necessita della presenza dei seguenti

dispositivi:

- uno o più alimentatori da 24V CC collegati al BUS (ciascuno di essi può

alimentare fino a 64 componenti);

- uno o più dispositivi di ingresso per permettere il collegamento a sensori,

tastiere, pulsanti, ecc.;

- uno o più dispositivi di uscita, cioè attuatori per comandi di tipo on-off o

dimmer di luci, motori, elettrovalvole, ecc;

- il cavo BUS di collegamento.

Viene effettuata di seguito un’accurata descrizione del protocollo EIB in quanto

è ciò che sta alla base dello standard KNX.

L’alimentatore dell’impianto è provvisto di circuiti di regolazione di corrente e di

tensione per essere protetto contro eventuali corto circuiti ed è, inoltre, capace di

sopperire ad eventuali interruzioni di rete, purché inferiori a 100 ms. Tutti i dispositivi

possono funzionare correttamente con una tensione minima di 21V CC ed assorbono

una potenza inferiore a 150-200 mW ciascuno. In caso di impianti con una

concentrazione di più di 30 dispositivi entro una distanza di 10 m, l’alimentatore deve

essere situato nelle immediate vicinanze. Una linea può essere supportata da un

secondo alimentatore che deve distare dal primo almeno 200m. Tutti i dispositivi sono

36

collegati attraverso una sola linea BUS per cui l’alimentazione ed i comandi

condividono lo stesso supporto. Questo implica che sia l’alimentatore che i dispositivi

devono essere in grado di estrarre i messaggi dal segnale in arrivo.

Il mezzo trasmissivo è un cavetto schermato con due coppie di conduttori

attorcigliati, di cui il rosso e il nero vengono utilizzati per il BUS, mentre il giallo e il

bianco sono due cavi ausiliari che possono essere utilizzati per altri scopi, evitando

così di fare ulteriori cablaggi (vedi Figura 14).

Figura 14: cavo BUS EIB

L’informazione viene trasmessa su una coppia di conduttori in modo

simmetrico: uno trasmette il segnale effettivo, l’altro trasmette lo stesso segnale

invertito di 180° (vedi Figura 15). Così facendo, l’eventuale disturbo è presente in modo

identico, cioè con la stessa polarità, su entrambi i conduttori, per cui viene ad essere

eliminato dal circuito di ingresso del dispositivo.

Figura 15: trasmissione simmetrica dei dati sui due conduttori del cavo BUS

Il cavo BUS dispone di un isolamento a 4 KV tra i conduttori interni e la guaina

esterna e, quindi, può essere posato anche nelle stesse canaline dei conduttori di

potenza. Attraverso l’utilizzo di un morsetto esso può essere, inoltre, interrotto e

connesso in parallelo per effettuare connessioni con qualunque geometria possibile (a

BUS, a stella, ad albero, ecc.). Questa circostanza facilita sia l’installazione che le

eventuali modifiche ed ampliamenti, essendo possibile interrompere in qualunque

punto il cavo BUS ed effettuare una derivazione o una prolunga per aggiungere altri

dispositivi.

37

Per adattare EIB ad impianti di grandi dimensioni la struttura è organizzata

gerarchicamente. L’unità più piccola di un impianto d’automazione domestica è la linea

(vedi Figura 16). Ad ogni linea, anche a quella principale, possono essere collegati al

massimo 64 apparecchi BUS. Attraverso l’uso di ripetitori essa può essere composta

da un massimo di 4 segmenti di linea, ciascuno dotato di un proprio alimentatore, per

cui in una linea si possono avere complessivamente 4 x 64 = 256 dispositivi BUS

(l’utilizzo di ripetitori non è ammesso solamente nelle linee principali e nelle linee

dorsali).

Figura 16: linea di un sistema BUS

Ogni linea è isolata galvanicamente dalle altre per mezzo di accoppiatori di

linea. Attraverso questi dispositivi si possono collegare tra loro fino a 12 linee e la

struttura che si viene così a formare viene chiamata campo o area (vedi Figura 17). Il

numero massimo di dispositivi diventa, quindi, 256 x 12 + 64 (linea principale) = 3136.

Figura 17: campo o area di un sistema BUS

Infine, come schematizzato nella Figura 18, si possono collegare fino a 15

campi ottenendo un sistema multiarea. Il collegamento avviene tramite una linea

38

dorsale e l’utilizzo degli accoppiatori di campo. Complessivamente si possono quindi

avere 15 x 3136 = 47040 dispositivi.

Figura 18: sistema BUS completo, costituito da più campi

Con una struttura di questo tipo si ottengono tre vantaggi molto importanti:

- una caduta di linea non porta conseguenze al resto del sistema;

- il traffico delle informazioni si limita alle linee interessate in quanto gli

accoppiatori di linea e quelli di campo provvedono a bloccare i flussi diretti

verso zone non interessate;

- si possono avere contemporaneamente comunicazioni su più linee.

Dopo aver installato i dispositivi, devono essere salvati i parametri e le funzioni

da svolgere. Tramite il software ETS il programmatore assegna ad ogni dispositivo un

indirizzo fisico (univoco per ogni dispositivo), uno o più indirizzi di gruppo e i parametri

e le funzioni che devono essere svolte.

L’indirizzo fisico permette di identificare in maniera univoca i dispositivi EIB.

Esso è costituito da tre numeri: campo, linea e numero del dispositivo (es. 1.2.3 =

campo 1, linea 2, dispositivo 3). Attraverso la pressione di un tasto presente sul

dispositivo, viene messo quest’ultimo in ascolto per la ricezione del proprio indirizzo: è

possibile, quindi, procedere all’assegnazione. Se in futuro fosse necessario cambiare

l’indirizzo fisico del dispositivo in questione sarà possibile procedere ad effettuare il

reindirizzamento dell’apparecchio, a condizione che l’indirizzo assegnatoli sia unico nel

BUS.

39

La comunicazione tra i vari dispositivi avviene nella maggior parte dei casi in

multicasting: un determinato sensore invia sul BUS un singolo telegramma EIB

indirizzato ad uno o più apparecchi a seconda della propria configurazione. Ad

esempio, un pulsante può inviare il messaggio di accensione a più luci di una stessa

sala. Perché ciò avvenga, vengono utilizzati indirizzi particolari, denominati indirizzi di

gruppo, che possono essere considerati come la codifica della funzione assegnata al

canale del dispositivo. Qualsiasi indirizzo di gruppo può essere assegnato ad un

dispositivo indipendentemente dal suo indirizzo fisico, quindi dalla sua posizione

nell’impianto. Inoltre, nel caso di comandi che devono essere eseguiti da più attuatori

contemporaneamente o in caso di sensori che devono comandare lo stesso attuatore,

l’indirizzo di gruppo può essere lo stesso per più dispositivi. In fase di programmazione

si può scegliere di rappresentare questi indirizzi attraverso due o tre cifre.

Normalmente viene utilizzata la rappresentazione con tre cifre (gruppo

principale/gruppo intermedio/sottogruppo) in quanto permette di effettuare una

suddivisione logica delle funzioni, come nel seguente esempio:

- il gruppo principale può essere utilizzato per identificare l’impianto o la

funzione generica, come l’impianto d’illuminazione e la gestione del

risparmio energetico;

- il gruppo intermedio identifica invece una singola funzione di un gruppo

principale, come la gestione on-off delle luci oppure la gestione dimmer;

- il sottogruppo permette di identificare la singola utenza o un gruppo di

utenze, come l’illuminazione on-off delle luci della cucina o della sala

attività.

L’indirizzo di gruppo è identificato da una sequenza di 16 bit, di cui il primo

identifica il campo in cui è installato l’apparecchio, i successivi quattro rappresentano il

gruppo principale, gli altri tre il gruppo intermedio ed i restanti 8 bit sono utilizzati per

identificare il sottogruppo (vedi Figura 19). Questo significa che si possono avere fino a

16 gruppi principali, contenenti ciascuno fino ad 8 gruppi intermedi e, per ognuno di

questi, possono esserci 256 sottogruppi.

Figura 19: struttura dell'indirizzo di gruppo

40

In un impianto d’automazione domestica vi è una fase di parametrizzazione in

cui tutti gli accoppiatori ricevono una tabella filtro. Essa viene scansionata

dall’accoppiatore ogni volta che esso riceve un telegramma indirizzato ad un

determinato indirizzo di gruppo: se questo è presente all’interno della tabella,

l’accoppiatore di linea, o di campo, inoltra il messaggio nella propria linea, o nel proprio

campo, altrimenti lo scarta. Ciascun telegramma contiene un campo numerico, detto

Routing-Counter, impostato normalmente a 6 dal dispositivo trasmettente e

decrementato di uno ogni volta che esso attraversa un accoppiatore o un ripetitore.

Quando il Routing-Counter raggiunge lo zero, il telegramma viene scartato, evitando

così cicli infiniti nel caso di un errata configurazione della rete.

Ciascun telegramma contiene informazioni riguardanti le operazioni da

compiere, o quelle appena compiute, e viene suddiviso in pacchetti da 8 bit completati

da alcune informazioni di verifica per rilevare eventuali errori di trasmissione (vedi

Figura 20).

Start

bitData bit (8 bit)

Parity

bit

Stop

bit

Controllo

8 bit

Indirizzo

mittente

16 bit

Indirizzo

destinazione

16 bit

Routing

Counter

3 bit

Lunghezza

4 bit

Informazione

Fino a 16x8 bit

Checksum

8 bit

Struttura di un pacchetto

Struttura del telegramma

Figura 20: struttura di un pacchetto EIB e di un intero telegramma EIB

Ogni telegramma è inviato da un solo apparecchio e può essere ricevuto da un

numero a piacere di dispositivi. La velocità di trasmissione può raggiungere i 9600 bit/s

cioè circa 40-50 telegrammi al secondo. La trasmissione è asincrona e seriale e viene

utilizzato il protocollo di trasmissione CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access /

Collision Avoidance) per non perdere alcun telegramma anche nel caso di invio

contemporaneo da parte di più apparecchi BUS. Ciascun dispositivo è in permanente

ascolto sul BUS, quindi, per ogni telegramma in arrivo, viene verificato se l’indirizzo di

gruppo in esso contenuto è lo stesso di quello contenuto nel dispositivo stesso: se i

due indirizzi corrispondono il dispositivo esegue la funzione prevista nel telegramma.

Si espone ora in maniera più dettagliata come avviene la comunicazione.

All’inizio del traffico di telegrammi, il dispositivo mittente controlla che il BUS sia libero

per un certo intervallo di tempo per poter iniziare la comunicazione. Il primo campo ad

41

essere trasmesso è un campo di controllo (priorità, primo invio del telegramma,

ritrasmissione, ecc.). Poi viene trasmesso il campo indirizzo che contiene l’indirizzo

della sorgente, cioè l’indirizzo fisico del dispositivo che trasmette, e l’indirizzo di

destinazione, cioè l’indirizzo fisico o di gruppo dell’apparecchio ricevente. A seguire

viene trasmesso un campo dati con lunghezza in riferimento all’informazione di

servizio. Infine, il campo sicurezza, che serve alla verifica e alla sicurezza del

telegramma. In seguito il BUS rimane libero per un certo tempo, dopodiché tutti gli

apparecchi destinatari confermano contemporaneamente la ricezione senza errori del

telegramma. Se il telegramma non è stato ricevuto correttamente, l’apparecchio invia

nel campo conferma un NACK (Not Acknowledge) e ripete l’intero telegramma. Se

nessun apparecchio conferma il telegramma, l’apparecchio trasmittente ripete il

telegramma per un massimo di tre ritrasmissioni.

Comando

Invio telegramma (T)

verso destinatario (D)

D ha ricevuto

T?

Time out

raggiunto?

S ha ricevuto

R

R=T+ACK?

Nessun

errore?

Invio R=T+NACK

alla sorgente (S)

Invio R=T+ACK

alla sorgente (S)

Fine

Vero

FalsoFalso

Vero

Vero

Quarto

tentativo

d’invio?

Falso

Vero

Falso

ERRORE

Falso

Vero

Falso

Vero

Figura 21: sequenza di operazioni eseguite dal protocollo EIB per inviare un messaggio

42

4.5. Protocollo ModBUS

Il presente capitolo è dedicato alla descrizione dello standard ModBUS, in

quanto è il protocollo utilizzato dal sistema d’allarme scelto per la struttura analizzata.

Il ModBUS è un protocollo di comunicazione proprietario introdotto sul mercato

dalla Modicon nel 1979 per mettere in comunicazione i propri controllori a logica

programmabile. Grazie alla semplicità di utilizzo e alla capacità di funzionare

utilizzando poche risorse è presto diventato un protocollo standard per l’automazione

industriale. È un protocollo a BUS centralizzato caratterizzato dalla presenza di un

dispositivo centrale con la funzionalità di “manager” degli altri nodi, denominato Master,

a cui si possono collegare fino a 255 Slave. Alcune delle sue caratteristiche non

possono essere modificate, come il formato dei messaggi scambiati e le condizioni di

eccezione della funzione effettuata, mentre altre devono essere scelte dall’utente,

come il numero di trasmissioni medie, il baud rate, la parità del carattere, il numero di

bit di arresto e il tipo di trasmissione (che può essere ASCII o RTU).

Per iniziare una comunicazione unicast, ovvero verso un solo destinatario, il

dispositivo Master deve inserire il messaggio in un pacchetto, nel quale deve

specificare l’indirizzo del destinatario. Poi il pacchetto viene inoltrato sul BUS e arriva a

tutti i nodi collegati, ma solamente il destinatario provvede ad aprirlo, controllare che

non vi siano errori ed eseguire l’azione specificata. Una volta compiuta l’operazione

richiesta, restituisce al mittente il pacchetto a conferma della corretta esecuzione del

comando, inserendo in esso il proprio indirizzo. Se la comunicazione è invece di tipo

broadcast, cioè destinata a tutti gli Slave, il Master inserisce nel pacchetto l’indirizzo 0

e non attende alcuna conferma. Se un messaggio torna indietro significa che

l’operazione non è andata a buon fine.

La causa più frequente degli errori di comunicazione è il disturbo elettrico,

chiamato più comunemente “rumore”. Per poterlo identificare deve essere effettuato un

controllo su tutti i bit del messaggio inviato. Questo può avvenire attraverso il controllo

della parità o il controllo delle ridondanze. Il controllo della parità prevede l’aggiunta di

un 1 o uno 0 alla fine del messaggio a seconda che il numero di 1 dell’intero pacchetto

sia pari o dispari. Se però più bit cambiassero valore durante la trasmissione potrebbe

accadere che la parità resti invariata. Per garantire una maggiore protezione contro gli

errori, si utilizza, in parallelo, il controllo delle ridondanze, elaborando i dati in ingresso

facendoli scorrere all’interno di una rete logica. Per assicurarsi che il messaggio venga

ricevuto correttamente, ciascun dispositivo ModBUS è programmato per effettuare una

ritrasmissione del messaggio nel caso non ricevesse alcuna risposta da parte del

43

destinatario. Il tempo di attesa della risposta, è un tempo dipendente dal baud rate, dal

tipo di messaggio e dal tempo di scansione del messaggio da parte dello Slave.

Le trasmissioni possono avvenire in due modalità differenti a seconda

dell’apparecchiatura utilizzata come Master. La modalità RTU prevede una

rappresentazione dei dati compatta di tipo esadecimale, mentre in quella ASCII i

caratteri sono facilmente leggibili, consentendo una più semplice localizzazione dei

guasti. Entrambe le modalità utilizzano la comunicazione seriale ma nodi configurati

per una modalità non possono comunicare con nodi configurati per l’altra. Per

controllare gli errori, il formato RTU utilizza il campo CRC (Cyclic Redundancy Check)

mentre nel formato ASCII si può trovare il campo LCR (Longitudinal Redundancy

Check).

44

5 PROTOCOLLO KNX – STANDARD MONDIALE PER

LA DOMOTICA

Verso la fine del secolo scorso le tre associazioni che riunivano le principali

case costruttrici europee di sistemi ed apparecchiature elettroniche, EIBA International,

EHSA e BatiBUS, hanno deciso di riunirsi in un’unica organizzazione per definire uno

standard globale per l’automazione domestica (inizialmente standard europeo ma poi

diffuso anche oltreoceano diventando standard di livello mondiale).

Figura 22: convergenza in un unico standard, lo standard KNX

Konnex è il nome scelto per l'associazione, nata nel maggio del 1999, che ha

realizzato la convergenza dei tre standard europei esistenti (EIB, EHS e BatiBUS) nello

standard unico KNX, dichiarato dal CENELEC “Norma per i sistemi dedicati

all’automazione e al controllo delle case e degli edifici”. L’associazione stessa si

occupa di organizzare centri per la formazione e di effettuare la certificazione dei

prodotti marchiandoli KNX per garantire un alto livello di qualità ai prodotti e la totale

interoperabilità tra i dispositivi e le applicazioni. Con il passare degli anni, sempre più

costruttori hanno deciso di utilizzare lo standard KNX nei loro dispositivi consentendo

all’utente una facile modifica della rete con costi contenuti. Infatti, grazie all’utilizzo di

un solo standard, i produttori hanno potuto abbassare i prezzi dei singoli prodotti.

Questo ha portato ad un incremento del numero di utenti che scelgono un impianto

basato su standard KNX e, di conseguenza, un incremento della produzione dei

dispositivi con il risultato di un ulteriore abbassamento del prezzo unitario.

KNX

BatiBUS

EHSEIB

45

Lo standard KNX è basato sul protocollo di comunicazione EIB ed offre la

possibilità di scegliere diverse modalità di configurazione ed alcuni altri vantaggi frutto

delle esperienze maturate con gli standard BatiBUS e EHS. Esso può utilizzare

differenti mezzi trasmissivi, dal cavo intrecciato (twisted pair), ereditato dagli standard

BatiBUS e EIB, alla linea di potenza, tipica dello standard EHS e molto simile al

metodo dell’X10, dalla radiofrequenza agli infrarossi e, addirittura, ad Internet.

Figura 23: comunicazione attraverso il BUS KNX-EIB

A seconda del grado di complessità del progetto ci sono tre metodologie di

configurazione del sistema (vedi Figura 24). La più semplice è l’Automatic-Mode

(modalità automatica). Essa riprende le specifiche dello standard EHS e prevede che

le periferiche si autoconfigurino in modo automatico per consentire all’utente finale di

poterle acquistare ed installare direttamente, senza bisogno dell’intervento di un

esperto. Poi vi è la modalità Easy-Mode (modalità facile) che riprende le specifiche

dello standard BatiBUS e richiede una formazione di base per poter installare e far

funzionare i vari apparecchi. Le funzionalità dei dispositivi sono preconfigurate per cui

è sufficiente modificare i vari parametri per ottimizzare il sistema secondo le esigenze

dell’utente. Infine, se il sistema è più sofisticato esso viene configurato in modalità

System-Mode (modalità di sistema), molto simile allo standard EIB. In questa modalità i

dispositivi sono perfettamente adatti per creare qualsiasi sistema di automazione ma

46

non hanno alcuna configurazione di base, per cui devono essere installati e configurati

da tecnici specializzati.

Figura 24: metodologie di configurazione di un sistema KNX

Dopo aver installato tutti i dispositivi si deve procedere alla configurazione

software del sistema, attraverso l’impostazione dei parametri dei diversi apparecchi e

la definizione delle funzioni che devono essere assolte. Per fare ciò si utilizza il

software ETS, ben strutturato e semplice da utilizzare per permettere di poter

apportare modifiche sia dal progettista che da un eventuale integratore di sistema.

Questo strumento, unitamente alle librerie messe a disposizione gratuitamente dai

costruttori dei diversi dispositivi permette di progettare e realizzare edifici intelligenti

basati sul sistema KNX.

Attraverso un’unica interfaccia ETS permette di definire la struttura gerarchica

dell’edificio, la disposizione dei componenti e la relativa associazione logica per lo

svolgimento delle funzioni richieste. A prescindere dal costruttore, tutti i dispositivi

certificati KNX sono in grado di comunicare tra loro all’interno dell’impianto, e, una volta

caricata la relativa libreria all’interno del programma, possono essere configurati con il

medesimo meccanismo. Inoltre, oltre alla configurazione, ETS rende possibile

effettuare la diagnostica di un’installazione.

Dopo aver terminato la programmazione si deve collegare il computer al cavo

BUS, attraverso un interfaccia seriale RS232 o USB, e, una volta attivata la relativa

funzione, ETS provvede a scaricare nei dispositivi la logica di funzionamento,

rendendo l’impianto funzionante. Ogniqualvolta si rendesse necessario apportare una

47

modifica alla configurazione dell’impianto, basterà effettuare la modifica software

desiderata, ricollegare il cavo al sistema e procedere a scaricare le nuove variazioni sui

dispositivi interessati, il tutto con la massima flessibilità e semplicità.

48

6 TIPOLOGIE DI DISPOSITIVI

Dispositivi di ingresso

I dispositivi di ingresso vengono utilizzati per il collegamento elettrico dei

dispositivi di comando al sistema e si differenziano tra loro principalmente per le due

diverse modalità con cui viene effettuato tale collegamento, che può essere tramite

connettore multipolare o morsetto. Si possono avere:

- ingressi binari a 230 V per collegare dispositivi alimentati con tensione di

rete e con funzionamento on-off, come ad esempio pulsanti e interruttori;

- ingressi binari a bassa tensione di sicurezza per collegare dispositivi

sempre con funzionamento on-off, ma liberi da tensione, come contatti per

porte e finestre. Questo può essere effettuato fornendo loro

un’alimentazione a bassa tensione di sicurezza (tipicamente 24 V CC) e

rilevando l’apertura e la chiusura dei contatti;

- ingressi analogici per collegare dispositivi esterni che forniscono un segnale

sotto forma di tensione variabile (0-10 V) o di corrente variabile (4-20 mA).

Dispositivi di uscita

I dispositivi di uscita sono dispositivi a cui vengono collegati, direttamente o

indirettamente, i carichi elettrici e, anche questi apparecchi, si differenziano

principalmente per la modalità di collegamento del carico elettrico. Le uscite che

vengono generate possono essere:

- uscite binarie che utilizzano un relè per attivare o disattivare il carico

elettrico;

- uscite dimmer che erogano una corrente o una tensione variabile per

regolare il carico (direttamente o attraverso un regolatore elettronico);

- uscite analogiche che forniscono una tensione variabile (0-10 V) o una

corrente variabile (4-20 mA) e che possono essere utilizzate, ad esempio,

per comandare le tapparelle.

Ulteriori differenze che si possono trovare tra i dispositivi sono costituite dal numero e

dalla tipologia dei carichi elettrici collegabili (resistivo, induttivo, ecc.) e dal carico

massimo di questi ultimi.

49

Dispositivi di controllo degli accessi

I dispositivi di controllo degli accessi sono lettori di chiavi elettroniche a

transponder che abilitano l’apertura dell’ingresso di una determinata zona di un edificio

utilizzando il relè in essi stessi contenuto o comandando altri terminali di uscita.

Vengono solitamente utilizzati per limitare gli accessi alle diverse sezioni dell’edificio in

base al livello di autorizzazione delle persone. La segnalazione generata dal lettore di

chiavi elettroniche a transponder può essere, inoltre, utilizzata dal sistema per attivare

altri servizi precedentemente programmati. Ad esempio, se è il primo accesso di una

giornata, l’impianto può procedere all’accensione delle luci, all’attivazione dell’impianto

di condizionamento e al far salire le tapparelle.

Dispositivi di sistema

I dispositivi di sistema hanno compiti ausiliari, come accoppiare e disaccoppiare

linee, fornire alimentazione ai dispositivi e garantire la continuità di funzionamento del

sistema. Il dispositivo di accoppiamento serve ad accoppiare una linea BUS con la

linea principale (accoppiatore di linea) o quest’ultima con la linea dorsale (accoppiatore

di area). L’alimentatore di linea fornisce e controlla l’alimentazione in corrente continua

della linea BUS. La bobina di alimentazione consente di disaccoppiare l’alimentatore

dalla linea stessa e permette di utilizzare un singolo alimentatore con due uscite per

alimentare due linee differenti. Il gruppo di continuità utilizza la corrente prodotta da

batterie interne per assicurare la continuità di alimentazione del BUS, anche in caso di

momentanea mancanza di tensione di rete. L’alimentatore per i sensori fornisce

corrente continua a bassa tensione di sicurezza a tutti i dispositivi non direttamente

alimentati dalla linea BUS o da altri dispositivi. L’interfaccia seriale RS232 e

l’interfaccia USB permettono di collegare un personal computer al BUS per effettuare

la configurazione dei diversi dispositivi o per controllare l’intero sistema. I dispositivi di

collegamento a 2 o 4 poli consentono il collegamento del cavo BUS alla barra dati e il

collegamento di più barre dati all’interno dello stesso quadro di distribuzione.

Dispositivi di comando

Nei sistemi di automazione un dispositivo di comando, che può essere un

interruttore, un sensore o un semplice contatto, utilizza un dispositivo di ingresso per

inviare il suo “ordine” al dispositivo di uscita o alla consolle di controllo. Esso può

essere usato, oltre al suo scopo principale, anche come controllo per abilitare o

disabilitare altri dispositivi di comando.

50

Telecomandi locali

I telecomandi vengono utilizzati per rendere più agevole e comoda la gestione

del sistema e per aumentare la sicurezza delle persone. Per il loro funzionamento, è

necessario installare un ricevitore di comandi a infrarossi nelle stanze in cui si vuole

permettere di utilizzarli.

Sensori

I sensori sono dispositivi con il compito di misurare caratteristiche fisiche

dell’ambiente in cui si trovano, in valore assoluto o come variazioni nel tempo. Ogni

dispositivo è generalmente specializzato in un determinato compito, come ad esempio

misurare la temperatura o rilevare la presenza di una persona, ma alcuni di essi

possono monitorare contemporaneamente più grandezze fisiche, come ad esempio

una sonda meteorologica. I sensori sono dispositivi molto importanti in un sistema di

automazione poiché permettono sia di implementare le funzioni di sicurezza e

antintrusione che di modificare lo stato dei dispositivi in relazione ai valori rilevati, ad

esempio, spegnendo le luci nelle stanze “vuote” o abbassando le tapparelle in caso di

pioggia intensa.

Dispositivi di segnalazione

Nella categoria dei dispositivi di segnalazione rientrano tutti i dispositivi che

hanno il compito di avvisare l’utente nel caso in cui vengano rilevate situazioni

particolari. La segnalazione può essere causata da varie tipologie di evento, che

possono essere raggruppate nelle seguenti classi:

- sicurezza: tentativi di effrazione, incendio, fughe di gas, perdite d’acqua,

ecc.;

- salvaguardia: porte in movimento, apertura e chiusura delle tapparelle, ecc.;

- controllo delle stanze e degli ingressi: ingresso o passaggio di persone,

campanello d’ingresso, ecc.;

- stato dei singoli impianti: impianto di illuminazione acceso o spento,

impianto di condizionamento in funzione, ecc.;

- servizio: richiesta di personale di servizio.

La segnalazione può essere diretta o indiretta. È diretta quando è percepita

direttamente dalle persone, come ad esempio nel caso di un lampeggiante o di una

sirena. Al contrario, la segnalazione è indiretta quando il dispositivo invia la

segnalazione ad un altro dispositivo, o sistema, che la gestisce e la rende

comprensibile alle persone. Un tipico esempio di questo tipo di segnalazione è quella

51

effettuata dal combinatore telefonico, che sfrutta la capacità sonora dei telefoni (o i

messaggi dei telefoni cellulari) per avvisare le persone interessate.

Dispositivi di gestione e controllo

I dispositivi di gestione e controllo di un sistema rappresentano una categoria

molto vasta. I principali apparecchi che ne fanno parte sono quelli che intervengono sul

sistema ad intervalli regolari o a scadenze precise di tempo per attivare o disattivare

utenze, quelli che consentono di effettuare complesse azioni di comando attraverso la

pressione di un solo tasto, quelli che preservano il funzionamento dell’impianto elettrico

evitando pericolosi sovraccarichi ed infine, quelli che monitorano il funzionamento del

BUS o di altri parametri del sistema. Vengono descritti più nel dettaglio di seguito:

- orologio programmatore o timer: dispositivi che consentono l’attivazione e la

disattivazione automatica di impianti o altre apparecchiature del sistema,

come, ad esempio, l’impianto di riscaldamento e quello di illuminazione. Per

ogni azione si può scegliere un periodicità giornaliera, settimanale o

annuale;

- dispositivi di gestione degli scenari: uno scenario viene utilizzato per

richiamare una prefissata concatenazione di eventi ripetitivi. Per la loro

realizzazione può essere necessario inserire nel sistema dei dispositivi che,

su richiesta dell’utente, memorizzino i dati delle varie combinazioni di eventi

(dispositivo comandato, ritardo, condizione) in un nuovo scenario, per poi

richiamarlo ogniqualvolta sia necessario;

- dispositivi di gestione dei carichi elettrici: compito principale di questi

dispositivi è evitare il sovraccarico dell’impianto elettrico, disattivando, in

base al livello di priorità assegnato ai differenti dispositivi, i carichi con

priorità minore, evitando, così, l’intervento dell’interruttore magnetotermico

di protezione dell’impianto;

- dispositivi di monitoraggio del sistema: consente di controllare

continuamente lo stato dei dispositivi in ogni ambiente della casa.

Consolle di controllo e supervisione

Una funzionalità molto importante che offre un impianto di automazione è la

possibilità di controllare l’intero sistema utilizzando una consolle di controllo. Attraverso

di essa, l’utente è in grado di poter gestire tutti i dispositivi appartenenti al sistema. Le

consolle di controllo possono essere apparecchiature Touch-Screen, Personal

Computer, palmari o dispositivi analoghi. Inoltre, il sistema può essere configurato per

permettere di accedere alla consolle di controllo tramite internet, o telefono, per gestire

52

i dispositivi anche quando non si è in casa. Per il controllo via internet è necessario

utilizzare un’apposita interfaccia che colleghi in modo permanente il sistema di

automazione alla rete, al fine di permettere al proprietario di visionare lo stato del

sistema ed interagire remotamente utilizzando un semplice browser. Nel secondo

caso, invece, i comandi vengono inviati al sistema attraverso il menu domotico del

telefono cellulare.

53

7 LA STRUTTURA ABITATIVA DA ANALIZZARE

Da alcuni mesi è iniziata la ristrutturazione di un’ala del C.E.R.R.I.S., centro di

accoglienza residenziale, semiresidenziale e ambulatoriale che svolge, tra le varie

attività, assistenza e riabilitazione a favore di soggetti disabili. Questa modifica è stata

prevista per poter ospitare all’interno di questa sezione disabili gravi privi di propria

autonomia, con il supporto permanente di uno o più operatori. La sua realizzazione non

prevede l’installazione di un impianto domotico in quanto non è stata considerata una

soluzione valida visto il maggiore costo iniziale e data l’incapacità di autonomia dei

disabili ospitati, che non avrebbero, quindi, alcun giovamento. È stato però richiesto di

effettuare un’analisi di una possibile ristrutturazione della stessa struttura prevedendo

l’installazione di un impianto domotico, nell’ipotesi di un possibile inserimento

nell’istituto di utenti parzialmente autonomi. Le disabilità possono essere di vario tipo,

da quella comunicativa a quella comportamentale o locomotiva. Si è voluto progettare

un’abitazione adatta ad ospitare qualsiasi utente diversamente abile, senza limitarne

l’accesso ad una sola categoria. Inizialmente sono state fatte alcune semplici

considerazioni per l’abbattimento delle barriere architettoniche, possibile grazie

all’installazione di rampe per l’accesso, pulsanti e maniglie più bassi, ecc. Poi si è

passati all’analisi e alla progettazione dell’impianto domotico dell’abitazione.

54

8 ANALISI E PROGETTAZIONE DELL’IMPIANTO

DOMOTICO

La fase più importante e delicata di un nuovo progetto è capire cosa vuole il

cliente e che risultati si vogliono raggiungere. Siccome il cliente spesso non è capace

di esprimere chiaramente quello che realmente desidera (soprattutto dato il fatto che,

per mancanza di conoscenza, non sa valutare a priori se una cosa è realizzabile

oppure no) occorre ragionare in termini di esigenze a cui trovare una soluzione e non

in termini di dispositivi da installare. La struttura per la quale è stata richiesta la

progettazione dell’impianto domotico appartiene all’ente ULSS20 di Verona per cui si è

discusso con l’ing. Corrado Salfa, responsabile del procedimento per la

ristrutturazione, quali funzioni e quali servizi il centro deve essere in grado di offrire. È

stato deciso di creare un sistema in grado di fornire gli stessi servizi offerti anche

dall’impianto tradizionale ed alcuni semplici servizi aggiuntivi. Non si è voluto inserire

funzioni troppo complesse per non alzare eccessivamente il costo complessivo. Si è

riposta, quindi, l’attenzione sulla creazione di un impianto in grado di facilitare l’utente

nelle azioni di uso quotidiano, come accendere le luci o regolare il riscaldamento,

permettendogli di renderle automatiche, accendendo ad esempio tutte le luci di una

stanza qualora venisse rilevata la presenza di una persona al suo interno, e

garantendogli la possibilità di utilizzare un'unica interfaccia per controllare tutti gli

impianti presenti, altrimenti dotati di differenti dispositivi di comando (uno per il sistema

d’allarme, un altro per quello audio-video, ecc.).

8.1. Analisi della struttura

Si è scelto di effettuare una suddivisione logica della struttura in tre zone (vedi

Figura 25): la zona “giorno” (rappresentata in giallo), composta da cucina, sala pranzo,

sala attività, bagno attrezzato, bagno assistito, magazzino e ufficio, la zona “notte”

(verde), di cui fanno parte tutte le camere con i relativi bagni e la zona “corridoio”

(grigio).

55

Figura 25: suddivisione dell'abitazione in tre zone

Vengono ora elencati i differenti servizi che le stanze della struttura devono

essere in grado di offrire, senza scendere nel dettaglio delle singole funzioni in quanto

verrà effettuata un’analisi più approfondita all’interno del prossimo capitolo. Si è detto

precedentemente che il C.E.R.R.I.S. non fornisce supporto solamente a soggetti

disabili ma anche ad altre persone con problemi sociali. Un responsabile della struttura

ha sottolineato che in passato sono avvenuti numerosi furti, per cui sono stati isolati i

diversi settori ed ora si può accedervi solo se si possiede la chiave. Per semplificare

l’ingresso degli operatori e per controllare gli accessi a questa sezione si è scelto di

utilizzare un’apertura della porta tramite transponder. Varcata la porta si entra in un

ampio locale che è stato suddiviso, dal punto di vista logico, in due aree: ingresso e

soggiorno. L’ingresso deve essere provvisto di un sensore di luminosità, utilizzato per

gestire la zona giorno, e di alcuni pulsanti per permettere di comandare i punti luce

dell’intero locale e di richiamare gli scenari di ingresso e di uscita dall’abitazione

descritti nel capitolo 8.4. Nel soggiorno è invece presente un termostato da cui poter

gestire la temperatura di tutta la zona giorno. Sia il soggiorno che la sala attività sono i

locali nei quali gli utenti passano la maggior parte del proprio tempo per cui vengono

entrambi predisposti per poter collegare una televisione e l’impianto audio. La sala

attività è dotata di 6 luci di diverso colore che possono essere utilizzate per effettuare

56

sedute di cromoterapia. In essa è presente, inoltre, un dispositivo Touch-Screen dal

quale è possibile gestire l’intero impianto domotico. Un altro dispositivo con analoga

funzione viene fornito all’operatore in modo da consentirgli di poter monitorare e

controllare tutto il sistema in qualsiasi momento e da qualsiasi luogo. In cucina sono

presenti alcune prese comandate a cui vengono collegati gli elettrodomestici (più una

supplementare) ed un termostato per consentire all’utente di poter variare la

temperatura locale. Il magazzino, l’ufficio e i bagni presentano gli stessi dispositivi che

si avrebbero con un impianto tradizionale. In ogni camera è presente un’abat-jour per

ciascun comodino, una lampada centrale e un termostato per poter gestire la

temperatura locale. Nelle camere dei pazienti è inoltre presente una cordicella accanto

a ciascun letto per chiamare l’operatore in caso di emergenza. A ciascun utente viene

fornito un telecomando dal quale può comandare tutti i dispositivi della propria camera

(regolare la temperatura, alzare o abbassare le tapparelle, accendere le luci e

selezionare il volume e le sorgenti audio e video). Un secondo sensore di luminosità

viene installato nella camera operatore per gestire la luminosità della zona notte. Tutti i

dispositivi di attuazione di questa zona sono collocati nel corridoio. Per quanto riguarda

la struttura in generale, tutte le porte sono scorrevoli e motorizzate, così come tutte le

tapparelle (ad eccezione di cucina ed ingresso dove non sono presenti) ed ogni stanza,

tranne il magazzino e il bagno di ciascuna camera, è dotata di almeno una presa

comandata. Il riscaldamento e il condizionamento avvengono attraverso dispositivi fan-

coil e in ogni stanza sono presenti uno o più sensori di rilevamento presenza. Nella

Tabella 2 è presente l’elenco dei dispositivi utilizzati per ogni ambiente e il numero

totale di dispositivi necessari per l’impianto d’automazione.

Tabella 2: dispositivi utilizzati

LOCALI FAN COIL TAPPARELLE

PORTE AUTO TERMOSTATI

LUCI on-off

LUCI dimmer

PRESE COM.

Ingresso 1 0 1 0 0 1 0

Cucina 1 0 1 1 2 0 6

Pranzo-Soggiorno 2 1 0 1 0 4 1

Sala attività 2 4 2 0 0 10 1

Magazzino 1 1 1 0 1 0 0

Camera operatore + b. 2 3 2 1 3 1 1

Bagno attrezzato 1 1 1 0 2 0 1

Bagno assistito 1 4 2 0 2 0 1

Ufficio 1 1 1 0 1 0 1

Camera 1 + bagno 2 2 2 1 4 1 1

Camera 2 + bagno 2 3 2 1 4 1 1

Camera 3 + bagno 2 2 2 1 4 1 1

Camera 4 + bagno 2 3 2 1 4 1 1

Corridoio 2 1 0 0 0 4 0

TOTALE 22 26 19 7 27 24 16

57

8.2. Analisi delle funzioni

Dopo aver descritto tutti i servizi che devono essere offerti da ogni singola

stanza si vogliono ora evidenziare tutte le funzionalità che devono essere

implementate, raggruppandole per categoria. Per ogni raggruppamento è presente una

breve introduzione e una tabella contenente l’elenco di tutte le operazioni consentite.

Luci

Si vuole gestire l’impianto d’illuminazione in modo da permettere sia agli utenti

che al sistema stesso di poter comandare tutte le luci della struttura.

Tabella 3: impianto d'illuminazione

Possibilità di comandare tutti i punti luce della struttura attraverso pulsanti e interruttori.

Possibilità di effettuare una regolazione fine (100 gradini di precisione) della luminosità

di alcuni punti luce dimmer: camere, corridoio, soggiorno e sala attività.

Rendere automatica l’accensione delle luci quando una persona entra in una stanza e

lo spegnimento quando questa esce, attraverso l’utilizzo di un rilevatore di presenza.

Permettere una regolazione automatica dimmer delle luci del corridoio abbassando

l’intensità luminosa durante le ore notturne. Al passaggio di una persona la luminosità

deve aumentare.

Effettuare una regolazione automatica dimmer delle luci delle varie stanze in cui viene

rilevata la presenza di una persona per consentire di mantenere sempre un certo grado

di luminosità (rilevabile attraverso un sensore di luminosità).

Permettere la regolazione del colore (1.000.000 di colori) e dell’intensità di alcuni punti

luce (RGB) della sala attività al fine di consentire di poter effettuare la cromoterapia.

Possibilità di gestire tutte le prese comandate attraverso pulsanti e interruttori. Si è

scelto di mettere una sola presa comandata in ogni locale. Solo nella cucina vi sono più

prese comandate, una per ogni elettrodomestico: lavastoviglie, frigo, cappa, cucina,

forno e una di riserva.

Condizionamento

L’impianto di condizionamento deve consentire agli utenti di poter regolare la

temperatura per sentirsi a proprio agio all’interno della struttura. Per evitare che siano

presenti differenze troppo elevate tra la temperatura di una stanza e quella di un’altra,

si è scelto di impostare automaticamente la temperatura di ogni zona ad un valore di

58

Set Point (SP), regolato automaticamente in base alla temperatura esterna. Gli utenti

sono, quindi, abilitati a variare la temperatura rispetto a quel valore.

Tabella 4: impianto di condizionamento

Viene impostata automaticamente la temperatura ad uno Set Point, autoregolato in

base alla temperatura rilevata all’esterno tramite una sonda meteo. Sarà presente un

SP per la zona giorno (SPG), uno per la zona notte (SPN) e uno per il corridoio (SPC).

Viene installato un termostato in ogni camera, uno in cucina e uno nel soggiorno per

consentire agli utenti di poter variare la temperatura rispetto al Set Point della zona. Il

raggio di variazione consentito è di 1°C.

Si permette di modificare a piacimento le programmazioni giornaliere, settimanali e

stagionali per ogni singola zona.

Motorizzazioni e automatismi

Per consentire ai disabili di poter effettuare quelle operazioni che

richiederebbero un certo sforzo fisico, come alzare le tapparelle o aprire una porta, si è

scelto di utilizzare dispositivi meccanici che permettono di eseguirle automaticamente

attraverso l’attivazione di un semplice comando.

Tabella 5: motorizzazioni

Possibilità di comandare e gestire tutte le tapparelle e tutte le porte presenti nella

struttura.

Gestione automatica delle tapparelle che, in caso di forte vento o condizioni

meteorologiche pericolose, si abbassano automaticamente.

Sicurezza personale (security)

Per far sì che l’utente si senta al sicuro all’interno della struttura dal punto di

vista della sicurezza personale si è scelto di utilizzare un sistema d’allarme RISCO. È

stato quindi integrato nell’impianto domotico per permettere di poterlo gestire

direttamente dalla stessa consolle con cui si governano gli altri dispositivi della

struttura.

59

Tabella 6: sicurezza antintrusione

Gestione integrata del sistema antintrusione RISCO Prosys.Freecom 16.

Utilizzo di sensori di presenza e di sensori per finestre.

Teleassistenza in caso di allarme.

Sicurezza ambientale (safety)

Per garantire la sicurezza ambientale si è deciso di utilizzare alcuni speciali

sensori.

Tabella 7: sicurezza ambientale

Utilizzo di sensori ad altezza pavimento capaci di rilevare un possibile allagamento. Il

sistema domotico provvede, quindi, a chiudere il rubinetto dell’acqua e a comunicare

all’utente il relativo allarme.

Utilizzo di sensori capaci di rilevare un possibile inizio di incendio. Il sistema domotico

agisce attivando una sirena e comunicando l’allarme all’utente.

Utilizzo di sensori capaci di rilevare una possibile perdita di gas. Il sistema domotico

agisce di conseguenza chiudendo l’erogazione del gas e comunicando all’utente il

relativo allarme.

Gestione flussi audio e video

Per offrire agli utenti la possibilità di ascoltare un brano o di visualizzare un

filmato sul televisore si è scelto di integrare un impianto audio-video TUTONDO

nell’impianto domotico. È così possibile, attraverso l’utilizzo di un telecomando IR o del

pannello Touch-Screen, scegliere in ogni stanza una qualsiasi sorgente audio e/o

video, anche diversa.

Tabella 8: impianto audio-video

Diffusione dell’audio e del video multi-room e multi-source con tecnologia a matrice.

Questo significa che tutte le sorgenti vengono convogliate nel sistema TUTONDO e poi

possono essere selezionate per essere eseguite nelle diverse stanze.

Possibilità di utilizzare degli emettitori IR per controllare audio e video in quelle stanze

in cui viene data la possibilità di ascoltare musica e visualizzare filmati.

Controllo totale di tutta la matrice dall’interfaccia di controllo Touch-Screen.

60

Risparmio energetico

Attraverso delle opportune logiche di gestione dei dispositivi si permette di

ottenere un significativo risparmio energetico.

Tabella 9: risparmio energetico

Gestione delle prese elettriche degli apparati audio-video e degli elettrodomestici per

spegnere totalmente i dispositivi in standby quando non sono realmente utilizzati.

Limitazione dell’intensità luminosa delle lampade dimmer ad una soglia massima

ridotta (limita i consumi ed è anche utile per un effetto soffuso notturno).

Gestione dell’impianto di condizionamento durante le ore diurne che funziona ad una

minore intensità (definita temperatura di risparmio) nei casi in cui nella stanza in esame

non ci sia la presenza di alcuno. Si deve aspettare comunque un certo periodo di

tempo per evitare che il soggetto abbia lasciato la stanza temporaneamente.

Se la temperatura esterna si abbassa molto, in inverno, o si alza troppo, in estate, si fa

comparire una scritta sui dispositivi Touch-Screen o sulle televisioni che chiede

conferma per abbassare le tapparelle nelle stanze in cui non è presente nessuno, per

consentire di dover ricorrere meno frequentemente all’impianto di condizionamento.

Possibilità di abbassare automaticamente tutte le tapparelle di un lato della struttura nel

caso in cui il sole fosse troppo forte su tale lato.

Gestione del consumo dei carichi maggiori, come gli elettrodomestici o gli impianti di

climatizzazione, direttamente dal dispositivo Touch-Screen.

Controllo e prevenzione dei black out con bilanciamento automatico dei carichi,

spegnendo i carichi con priorità minore attraverso l’utilizzo delle prese comandate.

Diagnostica e statistiche di utilizzo dei carichi, sempre visualizzabile sullo schermo.

Spegnimento automatico del riscaldamento se una finestra viene aperta.

Controllo Telecomando

Si vuole consentire agli utenti di governare alcuni dispositivi utilizzando

telecomandi IR. Per fare ciò, nelle varie camere, nel soggiorno e nella sala attività

viene installato un ricevitore in grado di leggere il segnale e comunicarlo all’impianto

domotico, che provvederà poi ad eseguire l’operazione richiesta.

61

Tabella 10: telecomandi IR

Utilizzo di un unico telecomando per gestire le sorgenti audio-video da tutte le stanze in

cui è possibile ascoltare musica o visualizzare filmati. Tale telecomando viene dato

all’operatore per consentirgli di poter governare tutti i dispositivi audio-video della

struttura.

Utilizzo di piccoli telecomandi, uno per ogni utente, nelle singole camere per

permettere ai degenti di poter governare autonomamente i dispositivi della propria

stanza come le luci, il riscaldamento, le tapparelle, l’audio e il video.

Videocitofonia

Si è scelto di integrare nell’impianto domotico un videocitofono analogico per

consentire di poter visualizzare l’immagine dell’ospite sullo schermo del dispositivo

Touch-Screen e, in caso di mancata risposta, anche sul televisore della sala attività.

Tabella 11: videocitofono

Gestione della videocitofonia integrata sul terminali di controllo Touch-Screen e sulla

TV.

Gestione della videocitofonia con servizi di recall e deviazioni di chiamata, anche sul

cellulare, per consentire, ad esempio, di deviare la chiamata quando l’operatore è

impegnato in altre attività.

Interfacce di controllo

Si è deciso di offrire un’interfaccia all’utente per consentirgli di poter controllare

e comandare tutte le funzionalità dell’impianto.

Tabella 12: interfacce di controllo

Utilizzo di due Touch-Screen dedicati, uno fisso in sala attività e l’atro portatile, per

gestire l’intero impianto domotico.

Possibilità di gestire l’impianto dal televisore.

Utilizzo del protocollo Ethernet per poter connettere altri dispositivi Touch-Screen o

palmari. In questo modo, il sistema diventa molto flessibile, consentendo di poter

aggiungere molto facilmente nuovi dispositivi di supervisione.

62

Scenari integrati

Si è voluto dare agli operatori la possibilità di gestire quelle sequenze di

operazioni che si vuole siano eseguite automaticamente e che prendono il nome di

scenari.

Tabella 13: scenari

Gestione semplificata degli scenari complessi che possono coinvolgere

contemporaneamente luci, motorizzazioni, climatizzazione, sicurezza e tutti gli altri

servizi messi a disposizione dall’impianto domotico.

Programmazione oraria dei dispositivi

Si è voluto permettere di programmare tutti i dispositivi della struttura per

consentire all’utente di poter decidere a priori l’accensione e/o lo spegnimento di

determinati dispositivi.

Tabella 14: programmazione oraria

Programmazione oraria di tutte le luci.

Programmazione oraria delle zone di climatizzazione.

Programmazione oraria di tutti gli scenari.

Stazione meteorologica

Viene utilizzata una stazione meteorologica per consentire di effettuare

determinate operazioni in relazione alle condizioni atmosferiche.

Tabella 15: stazione meteorologica

Monitoraggio della temperatura esterna e visualizzazione sul dispositivo Touch-Screen.

Segnalazione all’utente di chiudere le eventuali finestre aperte in caso di pioggia o forte

vento.

Possibilità di gestire il risparmio energetico in base alle condizioni meteorologiche

rilevate.

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Controllo degli accessi

Si è voluto mettere una serratura alla porta principale della struttura per

consentire l’accesso ai soli interessati.

Tabella 16: controllo degli accessi

Gestione della serratura tramite transponder, in modo da consentire ai soli operatori di

controllare gli accessi alla struttura.

8.3. Integrazione tra diversi protocolli

Per permettere ai diversi sistemi di scambiare messaggi tra loro è stato

necessario collegarli ad un dispositivo comune. Lo scopo di tale apparecchiatura è

quello di leggere i messaggi provenienti da un determinato BUS, quindi scritti in uno

specifico linguaggio, tradurli nel linguaggio utilizzato dal protocollo di comunicazione

del BUS su cui è collegato il destinatario ed inoltrarlo opportunamente per farlo

pervenire al dispositivo identificato all’interno del messaggio.

Interfaccia di

supervisione

Dispositivo di

integrazione

Impianto

anti-intrusione

Impianto

d’automazione

Impianto

audio-video

Figura 26: integrazione tra impianti

Si possono trovare alcuni sistemi dotati di questa funzionalità sia in Italia che

all’estero ma la maggior parte di essi è mirata ad una funzione specifica. Per citarne

alcuni, AMX è un sistema americano dedicato a funzionalità audio-video, Luxtron è

invece ottimizzato per gestire al meglio l’impianto di illuminazione e SistemaCasa è un

sistema d’allarme italiano che integra alcune funzionalità di automazione. Un sistema

efficace sarebbe invece Creston, molto completo ma con prezzi ancora troppo elevati.

Per l’impianto domotico in considerazione, si è scelto di utilizzare un prodotto creato

64

dall’azienda Home Innovation che, a differenza dei sistemi di cui si è appena parlato,

permette di far dialogare tutta la tecnologia presente nell’abitazione, come

l’illuminazione, la climatizzazione, l’intrattenimento multimediale e la sicurezza,

introducendo nuove funzionalità e aumentando la semplicità di gestione dell’edificio.

Come dice il nome stesso di questo prodotto, “HI Control”, esso controlla tutto il traffico

in circolazione negli impianti dell’abitazione e permette di creare un’unica rete

domestica. Consente, inoltre, all’utente di collegarsi ad esso tramite un dispositivo

dotato di interfaccia Ethernet o di collegamento ad internet, come un personal

computer o un dispositivo Touch-Screen, per visualizzare l’intero sistema attraverso un

software di gestione. In questo modo si permette all’utente di poter comandare

qualsiasi dispositivo attraverso un’interfaccia di supervisione unica, senza obbligarlo ad

imparare ad utilizzarne una per ogni sistema.

Nella Figura 27 è rappresentato lo schema di collegamento dei diversi impianti

alla centralina di gestione HI Control. Attraverso un cavo Ethernet, un collegamento

seriale o un cavo BUS, tutti i dispositivi dell’intera rete sono collegati con la piattaforma

HI Control, che ha il compito di convertire i messaggi nei linguaggi parlati dai diversi

impianti, permettendo così a qualsiasi dispositivo di poter comunicare con ogni altro

presente nella rete.

Figura 27: schema di collegamento alla piattaforma HI Control

65

Il principio di funzionamento del dispositivo HI Control è il seguente. Un

dispositivo invia un messaggio e questo scorre lungo tutto il BUS arrivando a tutte le

altre apparecchiature collegate che leggono l’indirizzo del destinatario e poi

provvedono ad eseguire il comando o a scartare il pacchetto a seconda che l’indirizzo

combaci o meno con il proprio. Il messaggio arriva, inoltre, tramite un cavo Ethernet,

seriale oppure BUS, al dispositivo HI Control, che effettua le seguenti operazioni.

Innanzitutto scompatta il messaggio, legge il suo contenuto, lo traduce in un proprio

linguaggio e lo memorizza in un DB interno. Successivamente controlla se i destinatari

appartengono ad un BUS diverso da quello da cui è stato ricevuto il messaggio e, in

caso positivo, traduce il messaggio nella lingua parlata sul BUS a cui sono collegati i

destinatari e glielo invia.

La piattaforma appena descritta prende il nome di integratore. Spesso quando

si parla di impianti domotici si sente parlare di gateway per intendere un dispositivo che

fornisce lo stesso servizio. La diversità tra i due dispositivi è la modalità con cui viene

effettuata l’integrazione. L’integratore, come appena sottolineato, effettua la traduzione

del messaggio in un proprio linguaggio e poi invia il messaggio nel linguaggio parlato

dal destinatario. Il gateway, invece, necessita di dispositivi di interfacciamento che gli

inviino il segnale già tradotto in un linguaggio comune.

Si descrivono ora gli impianti che si è scelto di integrare nel sistema domotico

della struttura.

SISTEMA D’AUTOMAZIONE

L’impianto d’automazione è composto da un insieme di dispositivi dotati di

intelligenza propria che vengono programmati al fine di poter offrire determinati servizi

e di poter automatizzare alcune funzioni. Per ottenere un sistema d’automazione il più

veloce ed efficace possibile, l’azienda Home Innovation ha sviluppato un proprio BUS,

l’HI BUS. Proprio per questo motivo solo un numero limitato di categorie di dispositivi è

in grado di essere collegato ad esso. Come detto in precedenza, invece, il protocollo

KNX è stato pensato per rendere possibile la comunicazione con le più svariate

tipologie di dispositivi, da una semplice lampadina ad un più complesso sensore

meteorologico. Per permettere che ciò avvenga il protocollo è molto articolato il che

implica una comunicazione più lenta. Per lo sviluppo di questo progetto si è scelto di

non utilizzare l’HI BUS, ma di integrare quello basato sullo standard KNX in modo da

avere la certezza di poter sempre aggiungere nuovi dispositivi con costi contenuti. Per

l’integrazione è stato necessario utilizzare un dispositivo di interfacciamento in grado di

leggere i telegrammi provenienti dal BUS KNX e di tradurli in dati seriali da inviare alla

66

piattaforma HI Control e viceversa (vedi Figura 28). Per permettere che ciò avvenga è

necessario configurare tale dispositivo effettuando l’associazione tra gli indirizzi

impostati attraverso il software ETS e gli indirizzi che si vuole siano utilizzati nella

comunicazione seriale. Se si fosse scelto di utilizzare l’HI-BUS e in futuro, si volesse

aggiungere un nuovo dispositivo non disponibile per il protocollo in questione, sarebbe

necessario integrare un dispositivo basato su un altro protocollo, ad esempio KNX, e

collegare questo nuovo BUS al dispositivo HI Control, aumentando così i costi di

modifica. Per la scelta dei dispositivi da utilizzare si è scelto di collaborare con

l’azienda tedesca JUNG, da anni leader in Germania nella produzione di dispositivi

elettrici, che si è resa molto disponibile nel fornire chiarimenti e dettagli sui loro

prodotti. Gli elementi utilizzati per il sistema progettato sono pulsantiere multifunzioni,

termostati, rilevatori di luminosità, ricevitori IR, valvole per rubinetti, sensore

meteorologico, sensori per gas, fumo e allagamento e attuatori per luci, motorizzazioni

e fan-coil.

Figura 28: interfaccia di collegamento al BUS KNX

SISTEMA D’ALLARME

Il sistema d’allarme è costituito da tutti quei dispositivi che cooperano per

garantire sicurezza all’utente, sia dal punto di vista ambientale che da quello

personale. Per la sicurezza ambientale sono stati utilizzati sensori che utilizzano lo

standard KNX per rilevare possibili allagamenti, incendi o fughe di gas. Per quanto

riguarda la sicurezza personale, invece, si sarebbe potuto utilizzare sensori basati su

67

standard KNX ma l’impianto risultante non sarebbe stato a norma e sarebbe risultato

molto costoso. Si è deciso, quindi, di scegliere un impianto di sicurezza antintrusione

munito di sensori di presenza e di sensori per finestre e di integrarlo nel sistema

domotico. Dato che Home Innovation collabora con RISCO, azienda israeliana leader

nel settore antintrusione, e ne integra nativamente gli impianti attraverso la piattaforma

HI Control, è stato utilizzato il sistema Prosys.FreeCom 16 di loro produzione. Tutti i

prodotti RISCO sono caratterizzati dall’utilizzo di un BUS centralizzato, ovvero dalla

presenza di un dispositivo centrale che coordina tutti gli altri dispositivi (vedi Figura 29).

La comunicazione interna è effettuata utilizzando il protocollo ModBUS mentre la

comunicazione verso il mondo esterno avviene su porta Ethernet inviando i messaggi

codificati secondo il protocollo ModBUS TCP/IP. La piattaforma HI Control è

perfettamente in grado di leggere ed elaborare i messaggi scritti in questo linguaggio.

Figura 29: cablaggio del sistema antintrusione RISCO

SISTEMA AUDIO-VIDEO

Il sistema audio-video si occupa di distribuire i segnali provenienti da una o più

sorgenti audio-video nelle diverse stanze. Grazie ad esso è possibile, ad esempio,

permettere all’utente di poter ascoltare una stazione radio in qualsiasi stanza, anche se

la radio non è fisicamente presente nel locale. È possibile anche ascoltare un brano o

visualizzare un filmato archiviati in una memoria dislocata in un'altra zona della

struttura. Per l’impianto domotico della struttura si è scelto di utilizzare un impianto

marchiato TUTONDO, azienda italiana leader del settore nei sistemi “multi-room” che

negli ultimi anni ha stretto una collaborazione con l’azienda Home Innovation. In tutti gli

impianti TUTONDO i dispositivi comunicano su un BUS con un protocollo di

68

comunicazione proprietario. Alcune informazioni di tale protocollo sono state rese

disponibili all’azienda Home Innovation per permettere di integrare nativamente i

prodotti TUTONDO nella piattaforma HI Control. La comunicazione avviene tramite

cavo Ethernet e i messaggi vengono impacchettati secondo le regole del protocollo

UDP.

Figura 30: matrice audio-video TUTONDO

VIDEOCITOFONO

L’integrazione del videocitofono con il sistema domotico consente di

visualizzare l’immagine dell’ospite direttamente sul dispositivo Touch-Screen da cui si

governa l’impianto globale. È inoltre possibile, nel caso l’operatore non si accorgesse

del messaggio sul pannello Touch-Screen, effettuare una deviazione della citofonata

sul telefono cellulare dell’operatore o sul televisore. Si è scelto di utilizzare un

videocitofono della 2N che utilizza il protocollo di comunicazione SIP (protocollo

standard basato su IP). In questo caso la piattaforma HI Control si limita a leggere le

informazioni e deviarle sugli altri dispositivi, senza effettuare alcun salvataggio dei dati.

Figura 31: videocitofono

69

Nella Figura 32 si può vedere, in forma schematizzata, l’integrazione effettuata

dal dispositivo HI Control.

Figura 32: integrazione tra i diversi sistemi attraverso la piattaforma HI Control

8.4. Scenari

Un grande contributo fornito da un impianto domotico nella vita di tutti i giorni è

rappresentato dalla possibilità di creazione degli scenari, ovvero dalla possibilità di

memorizzare delle sequenze di azioni per poterle in seguito richiamare attraverso la

pressione di un solo pulsante o attraverso una programmazione oraria. Questo servizio

mette in luce tutti i vantaggi ottenibili grazie all’integrazione. Nella configurazione di

questo sistema domotico si è scelto di implementare una serie di scenari standard.

Nelle prossime pagine, per ogni scenario viene riportata una tabella nella quale si

possono identificare tutte le funzioni che vengono eseguite al momento della sua

attivazione e, per ognuna di esse, i luoghi interessati, il tempo di attesa che deve

essere rispettato prima di eseguire l’operazione e la condizione, se presente, che deve

essere verificata per permettere di avviare l’azione.

70

USCITA DALLA STRUTTURA

Scenario attivabile attraverso la pressione di un pulsante posto accanto alla

porta d’ingresso. Tutte le funzioni al suo interno prevedono un ritardo di almeno 1

minuto per consentire anche all’operatore di poter uscire dalla struttura prima della sua

attivazione. In seguito, è possibile modificare tale ritardo dal pannello Touch-Screen.

Tabella 17: scenario "Uscita dalla struttura"

AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE

Deviazione citofonate su cellulare 1 min.

Chiusura rubinetto del gas e dell’acqua Ovunque 1 min.

Spegnere tutte le luci Ovunque 1 min.

Abbassare le tapparelle Ovunque 1 min.

Disattivare tutte le prese Ovunque 1 min. Non attive

Attivare sist. di sicurezza antintrusione Ovunque 3 min. Tappar. abbassate

Imposta temperatura di risparmio Ovunque 1 min.

RIENTRO NELLA STRUTTURA

Scenario attivabile attraverso la pressione di un pulsante posto all’ingresso

dell’abitazione, accanto al precedente.

Tabella 18: scenario "Rientro nella struttura"

AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE

Ripristina citofonate

Riapertura rubinetto di gas e acqua Ovunque

Alzare le tapparelle Soggiorno

Accendere tutte le luci Soggiorno

Disattiva sist. di sicurezza antintrusione Ovunque

Imposta SP corretto Ovunque

BUONANOTTE

Scenario attivabile sia attraverso il dispositivo Touch-Screen che tramite

l’impostazione di un timer. Si può decidere, ad esempio, che venga eseguito tutte le

sere alle ore 23.00.

71

Tabella 19: scenario "Buonanotte"

AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE

Chiusura rubinetto del gas Cucina

Spegnere tutte le luci Zona giorno e zona notte

Riduzione della luminosità al 20 % Corridoio

Abbassare le tapparelle Ovunque

Disattivare tutte le prese Ovunque Non attive

Attivare sist. di sicurezza antintrusione Zona giorno 3 min. Tappar. abbassate

Imposta temperatura di risparmio Ovunque 30 min.

BUONGIORNO

Scenario attivabile tramite l’impostazione di un timer. Si può decidere, ad

esempio, che venga eseguito tutte le mattine alle ore 7.00. Nella Tabella 20 si può

notare la presenza un ritardo negativo in quanto l’impostazione della temperatura ad

un Set Point differente rispetto a quello mantenuto durante le ore notturne deve

avvenire 30 minuti prima del risveglio.

Tabella 20: scenario "Buongiorno"

AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE

Imposta SP Ovunque -30 min.

Disattivare sistema allarme Zona giorno Non allarme

Riapertura rubinetto del gas Zona giorno

Accendere tutte le luci dimmer al 50% Zona notte

Alzare le tapparelle Zona notte e corridoio 5 min.

Aumento della luminosità al 50 % Corridoio 6 min. Poca luce

Alzare le tapparelle Zona giorno 20 min.

GIORNO

Scenario attivabile sia attraverso il dispositivo Touch-Screen che tramite

l’impostazione di un timer. Si può decidere, ad esempio, che venga eseguito tutti i

giorni alle ore 10.00.

72

Tabella 21: scenario "Giorno"

AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE

Spegnere tutte le luci Zona notte

Impostare la luminosità al 20 % Corridoio

Abbassare le tapparelle Zona notte

Disattivare tutte le prese Zona notte Non attive

Imposta temperatura di risparmio Zona notte e corridoio

ATTIVA PRESE COMANDATE

Scenario attivabile attraverso il dispositivo Touch-Screen.

Tabella 22: scenario "Attiva prese comandate"

AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE

Attivare tutte le prese Ovunque

DISATTIVA PRESE COMANDATE

Scenario attivabile attraverso il dispositivo Touch-Screen.

Tabella 23: scenario "Disattiva prese comandate"

AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE

Disattivare tutte le prese Ovunque Non utilizzate

FILM

Scenario attivabile attraverso il dispositivo Touch-Screen.

Tabella 24: scenario "Film"

AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE

Riduzione luci al 20 % Sala attività

Nel momento in cui viene attivato uno scenario vengono eseguite tutte le

operazioni in esso memorizzate e vengono fatti partire i timer per quelle funzioni che

prevedono un certo ritardo. È comunque sempre possibile modificare gli stati impostati

dallo scenario eseguendo le operazioni “manualmente”. Per capire meglio, se ad

73

esempio di notte la temperatura della camera impostata attraverso lo scenario non è

quella desiderata, l’utente può utilizzare il proprio telecomando IR per modificarla.

8.5. Logica di funzionamento dei dispositivi

Per effettuare una corretta integrazione tra i diversi impianti è necessario capire

la logica con cui sono relazionati gli eventi. Se la progettazione è fatta in modo

accurato, integrando l’impianto di automazione con gli altri sistemi presenti nella

struttura si può ottenere un enorme vantaggio. Uno slogan dell’azienda Home

Innovation dice “Il tutto è più della somma delle sue parti”, il che vuole sottolineare che

un unico sistema domotico permette di ottenere una gestione dell’abitazione molto più

semplice ed efficace di quella che si avrebbe utilizzando più impianti disgiunti.

Nelle prossime pagine si riportano alcuni esempi che evidenziano la modalità

con cui viene eseguita una determinata azione in seguito al verificarsi di un

determinato evento. Per la rappresentazione grafica si è scelto di utilizzare i diagrammi

offerti dal linguaggio di modellazione unificato UML. Tale linguaggio fornisce la

possibilità di descrivere, attraverso degli schemi standard, la logica con la quale i

diversi componenti del sistema comunicano e interagiscono tra loro. Per semplificare

l’analisi del sistema, esso è stato suddiviso in sottosistemi composti da operazioni

meno complesse che sono stati, in seguito, analizzati separatamente. Per prima cosa,

è stato definito lo Use Case (caso d’uso), il che significa che sono stati individuati gli

elementi principali che interagiscono con il sottosistema (“attori”) e tutte le operazioni

che essi compiono. A questo punto si è passati alla creazione dello Use Case Diagram

(diagramma del caso d’uso), dove si possono identificare due tipologie di elementi, gli

attori e le azioni da essi compiute. Da questo è stato, quindi, definito l’Activity Diagram

(diagramma delle attività) per evidenziare le attività che devono essere svolte per

realizzare una data funzionalità. Infine, è stato modellato il Sequence Diagram

(diagramma di sequenza) che descrive l’intera sequenza delle azioni che vengono

compiute dai diversi componenti del sottosistema.

Il primo esempio riportato riguarda il caso più banale, in cui si accende una

lampadina in seguito alla pressione di un pulsante. Nella Figura 33 si possono vedere

tutti e tre i diagrammi di cui si è parlato precedentemente. Il primo, Use Case Diagram,

identifica chi esegue l’azione (l’utilizzatore), e che azione esegue (accende/spegne la

luce). Il secondo, Activity Diagram, sottolinea la sequenza delle operazioni che portano

all’accensione o allo spegnimento della luce. Il terzo, Sequence Diagram, descrive ciò

che avviene nel momento in cui viene premuto il pulsante. Siccome sia il pulsante che

74

l’attuatore di comando delle luci utilizzati nell’impianto in oggetto comunicano

attraverso il protocollo KNX, i messaggi che si scambiano sono tutti telegrammi KNX.

La freccia che collega, invece, l’attuatore con la lampadina rappresenta la

chiusura/apertura del circuito per alimentare la lampadina.

Utilizzatore

Accendi/Spegni la

luce

Use Case Diagram

Pressione pulsante Pressione Touch-Screen

Accendi/Spegni la luce

Activity Diagram

Pulsante Attuatore OnOff

Accendi luce

Messaggio ricevuto (ACK)

Spegni luce

Messaggio ricevuto (ACK)

Utente

Preme

Lampadina

Accendi luce

Spegni luce

Sequence Diagram

Preme

Figura 33: diagrammi UML per l'accensione di una lampadina tramite l’interruttore

Il Sequence Diagram diventa leggermente più complesso nel caso in cui la luce

venga comandata utilizzando il dispositivo Touch-Screen (vedi Figura 34). Quando

viene richiesta l’accensione di una luce, esso invia alla piattaforma HI Control un

messaggio contenente l’indirizzo del destinatario e l’azione da eseguire: la

comunicazione avviene inviando dati in formato XML tramite protocollo TCP/IP. La

piattaforma HI Control risponde inviando la conferma di avvenuta ricezione (ACK

TCP/IP) e provvede ad inoltrare il messaggio verso il BUS destinatario. Qui entra in

campo l’interfaccia del BUS KNX che traduce il messaggio in un telegramma KNX e lo

inoltra verso l’attuatore on-off, che agisce come nel caso precedente. Nella piattaforma

HI Control viene quindi salvato il nuovo stato che viene anche visualizzato sul

dispositivo Touch-Screen.

75

Touch-Screen Attuatore OnOff

Accendi luce

Nuovo stato

Spegni luce

Utente

Preme

Lampadina

Accendi luce

Spegni luce

Hi Control

Accendi luce

Nuovo stato

Spegni luce

Nuovo stato

Interfaccia al BUS

Accendi luce

Messaggio ricevuto (ACK)

Spegni luce

Messaggio ricevuto ACK

Sequence Diagram

ACK TCP IP

Preme

ACK TCP IP

Nuovo stato

Figura 34: Sequence Diagram per l'accensione di una lampadina tramite Touch-Screen

Una soluzione alternativa può essere rappresentata dall’accensione automatica

di una luce nel momento in cui una persona entra in una stanza. Non vengono riportati

lo Use Case Diagram e l’Activity Diagram in quanto sono equivalenti a quelli illustrati

precedente con la sola differenza che in questo caso l’azione viene eseguita

automaticamente in seguito al rilevamento di movimento tramite un sensore di

presenza. Si riporta, invece, nella Figura 35, il Sequence Diagram. Nel momento in cui

il sensore rileva un movimento, esso, tramite la centrale RISCO, invia un messaggio

ModBUS TCP/IP verso la piattaforma HI Control. All’arrivo del messaggio, l’interfaccia

ModBUS della piattaforma effettua la traduzione nel linguaggio parlato al suo interno e

salva le informazioni in un database interno. Hi Control elabora, quindi, le informazioni

consultandole con quelle in archivio e capisce che deve essere accesa una luce. Crea,

quindi, un messaggio e lo invia all’interfaccia al BUS KNX che agisce come nel caso

precedente.

76

Rilevatore di presenza Attuatore OnOff

Movimento rilevato

Nessuna presenza

Lampadina

Accendi luce

Spegni luce

Hi Control

Accendi luce

Nuovo stato

Spegni luce

Nuovo stato

Interfaccia al BUS

Accendi luce

Messaggio ricevuto ACK

Spegni luce

Messaggio ricevuto ACK

Interfaccia ModBUS

Movimento rilevato

Nessuna presenza

Sequence Diagram

Elaborazione

Touch Screen

Nuovo stato

Elaborazione

Nuovo stato

Figura 35: Sequence Diagram per l'accensione di una lampadina con sensore di presenza

Si riporta, infine, un esempio relativo ad un caso più complesso in cui vengono

comandati numerosi dispositivi, anche appartenenti a sistemi diversi. Più

precisamente, riguarda il caso dello scenario Buonanotte, descritto nel capitolo 8.4.

Come si può vedere nello Use Case Diagram (Figura 36), attivando lo scenario l’utente

esegue molte operazioni legate al sistema di automazione domestico e comunica

anche con il sistema d’allarme per attivare il sistema di sicurezza antintrusione.

Utilizzatore

Spegni luce zona

giorno e zona notte

Imposta luci

corridoio al 20%

Abbassa le

tapparelle

Chiudi GAS Disattiva prese

non utilizzate

Imposta

temperatura di risparmio

Attiva sistema di

sicurezza antintrusione

{Attendi 3 minuti

Tapparelle abbassate}

{Attendi 30 minuti}

Use Case

Figura 36: Use Case Diagram dello scenario "Buonanotte"

L’Activity Diagram (Figura 37) evidenzia le due azioni che possono scatenare

l’evento, ovvero la pressione del “pulsante” sul dispositivo Touch-Screen oppure l’avvio

automatico ad un orario prefissato, e le operazioni che devono essere eseguite. Alcune

77

di queste vengono avviate istantaneamente, mentre altre avvengono dopo lo scadere

di un tempo fissato attraverso alcuni Timer.

Pressione pulsante Timer: Ora 23.00

Chiudi gas

Spegni luci zone giorno e notte

Imposta luci corridoio 20 %

Abbassa tapparelle

Disattiva prese non usateTimer 3 minuti Timer 30 minuti

Attiva sicurezza Imposta temp. risp.

Activity Diagram

Figura 37: Activity Diagram dello scenario "Buonanotte"

Il Sequence Diagram mostra la sequenza di tutti i messaggi che vengono inviati

per attivare i diversi dispositivi. Il funzionamento è identico a quello spiegato

precedentemente per l’accensione di una lampadina da Touch-Screen, eccetto

l’attivazione del sistema d’allarme antintrusione RISCO. In questo caso, l’informazione

non segue il percorso degli altri comandi, cioè non passa dall’interfaccia che collega

l’integratore al BUS KNX, ma esce dalla piattaforma HI Control attraverso l’interfaccia

ModBUS. Quest’ultima ha il compito di tradurre il comando in un messaggio ModBUS

TCP/IP ed inviare il messaggio alla centralina RISCO, che inoltra poi gli ordini ai

dispositivi interessati. La Figura 38 è una rappresentazione semplificata del Sequence

Diagram in cui sono stati omessi i dispositivi di interfacciamento e i dispositivi di

attuazione.

78

Figura 38: Sequence Diagram dello scenario "Buonanotte"

79

8.6. ETS

Questo capitolo è dedicato alla descrizione del linguaggio di programmazione

utilizzato per configurare il sistema d’automazione. Il software ETS è un programma

dotato di un’interfaccia grafica semplice e intuitiva che permette di progettare e

configurare qualsiasi impianto d’automazione basato su standard KNX.

All’avvio del programma appare una schermata che consente di creare un

nuovo progetto e di selezionare la modalità con cui deve avvenire la comunicazione,

cioè inviando i messaggi sullo stesso cavo di potenza (PL=Power Line) oppure su una

linea BUS dedicata (TP=Twisted Pair): per l’impianto d’automazione in esame è stata

scelta la modalità TP. Dopo aver premuto invio si presenta la schermata riportata nella

Figura 39.

Figura 39: ETS

La finestra è divisa in tre riquadri. Il primo riquadro, “Topologia”, serve per

organizzare gerarchicamente la rete, suddividendola in aree e linee (vedi capitolo

4.4.6). Il secondo riquadro, “Edifici”, è, invece, utilizzato per creare la struttura

topologica dell’edificio. Infine, la parte “Indirizzi di gruppo” viene utilizzata per

raggruppare i dispositivi a seconda delle funzioni da assolvere.

I dispositivi possono essere inseriti nel progetto sia dalla finestra Topologia che

dal riquadro Edifici. Nella creazione dell’impianto si è scelto di non utilizzare il riquadro

Topologia, in quanto in un sistema progettato per un’abitazione dalle dimensioni simili

a quella in esame è sufficiente utilizzare una sola linea. Si è passati, quindi, alla

creazione della struttura dell’abitazione dal riquadro Edifici. Per prima cosa è stata

80

effettuata una suddivisione dell’abitazione nelle tre zone viste nel capitolo 8.1.

Successivamente, in ognuna di queste, sono stati aggiunti i diversi locali che la

compongono. Infine, si è proceduto all’inserimento dei dispositivi direttamente nelle

stanze in cui dovranno poi essere installati (vedi Figura 40). Dato che nel database

originale del programma non erano presenti i dati dei dispositivi utilizzati è stato

necessario effettuare un collegamento al sito del produttore (il sito dell’azienda JUNG)

e scaricare uno a uno i vari database (uno per ogni tipologia di dispositivi). Una volta

importati all’interno del programma, cliccando con il tasto destro del mouse sulla

singola stanza e premendo sulla voce “aggiungi dispositivo” sono stati inseriti

all’interno dei locali. Per velocizzare l’operazione, si è scelto di aggiungere un solo

dispositivo per ogni tipologia, configurarlo opportunamente e poi copiarlo nelle altre

stanze in cui deve essere presente. Al momento dell’inserimento del dispositivo in un

determinato ambiente, ad esso viene automaticamente associato un indirizzo

identificativo e viene direttamente inserito all’interno della linea. Si può, quindi, in

seguito visualizzare anche dalla finestra Topologia.

Figura 40: ETS - Edifici

Si è detto poco fa che quando un dispositivo viene inserito nel progetto si rende

necessario modificare le sue proprietà per permettergli di assolvere alle funzioni

desiderate. Per modificare le sue impostazioni si deve premere con il tasto destro del

mouse sull’icona del dispositivo inserito e cliccare sulla voce “Modifica parametri”. Così

facendo si apre una schermata che rende possibile scegliere tra un elenco di

81

caratteristiche preconfigurate. Nelle prossime pagine vengono illustrate e commentate

brevemente le impostazioni dei principali dispositivi utilizzati.

La prima figura (Figura 41) riporta la configurazione dell’attuatore usato per comandare

le tapparelle presenti all’interno della struttura. Nella parte destra si può vedere la

finestra da utilizzare per configurare le varie uscite del dispositivo. Le prime tre voci

consentono di modificare le impostazioni generali del dispositivo, come ad esempio la

scelta della modalità di funzionamento, che può essere a 24V CC o a 230V CA e

l’abilitazione alla possibilità di comandarlo manualmente nel caso in cui si verifichi

un’assenza di tensione sulla linea BUS. Poi si passa alla configurazione delle singole

uscite. Le prime cose da fare sono scegliere la tipologia di dispositivi che l’uscita deve

comandare, che nel caso in esame sono le tapparelle, abilitare il rilevamento di

possibili allarmi di vento, pioggia o gelo e scegliere l’azione che deve essere eseguita

in alcuni casi particolari, come ad esempio alla fine della programmazione

dell’attuatore stesso. Dalla voce “Time settings” è possibile abilitare il rilevamento

automatico del “fine corsa” e impostare alcuni parametri riguardo il modo di comandare

la tapparella. Poi dalla voce “Enabled functions” si possono abilitare le altre funzionalità

dell’uscita, che vengono configurate attraverso le voci successive. Queste consentono

di abilitare possibili feedback per monitorare la posizione della tapparella, ordinare di

eseguire determinate azioni nel caso sia attivo uno degli allarmi abilitati

precedentemente, impostare dei possibili scenari, permettere di bloccare la tapparella

in una determinata posizione e fissare un grado di priorità differente alle azioni manuali

rispetto a quelle automatiche. Una volta finita la configurazione delle varie uscite si

preme sul tasto OK per chiudere la finestra. Nell’immagine riportata si può notare che

dietro la finestra di configurazione è presente una griglia contenente un insieme di

informazioni. Tali informazioni sono tutti gli oggetti che sono stati creati attraverso la

configurazione del dispositivo. Come verrà spiegato verso la fine di questo capitolo,

questi oggetti sono gli elementi che devono essere trascinati negli indirizzi di gruppo

per permettere al dispositivo di comunicare con gli altri (attraverso i rispettivi oggetti).

82

Figura 41: ETS - Attuatore tapparelle

83

La Figura 42 mostra invece la schermata di configurazione relativa all’attuatore dimmer

utilizzato per regolare l’intensità luminosa delle luci. Le prime tre voci permettono di

cambiare le impostazioni generali del dispositivo in oggetto e sono molto simili a quelle

dell’attuatore per tapparelle visto precedentemente. Le funzioni relative alle singole

uscite sono invece leggermente differenti in quanto offrono un servizio diverso. La

sezione “General”, oltre alle caratteristiche offerte anche dall’altro attuatore, permette

di scegliere il tipo di carico che viene collegato, il livello di luminosità massimo che può

essere raggiunto, la percentuale di luminosità a cui deve essere accesa una lampadina

se si sceglie l’accensione non dimmer e la reazione che l’uscita deve avere in seguito

alla rilevazione di un determinato valore di luminosità. Anche per questo dispositivo è

presente una voce per abilitare le diverse funzionalità di un’uscita. Attraverso di esse è

possibile selezionare alcune informazioni di feedback, impostare un ritardo

nell’accensione o nello spegnimento di una lampadina, impostare un intervallo di

tempo in cui mantenere accese le luci, selezionare come effettuare il comando on-off

anziché dimmer, impostare una soglia al di sotto della quale le luci devono essere

spente automaticamente, creare scenari e tenere monitorate le ore di lavoro attraverso

un contatore interno.

Figura 42: ETS - Attuatore dimmer

84

Nella Figura 44 è presente la finestra di configurazione dell’interfaccia a 2 ingressi

utilizzata per collegare gli interruttori al cavo BUS. Essendo solamente un’interfaccia di

collegamento le impostazioni da cambiare non sono moltissime. Nell’impostazione

generale del dispositivo l’unico valore importante è quello relativo al tipo di funzione

che devono svolgere i due canali. Per quanto riguarda il singolo ingresso, invece, è

importante selezionare il tipo di funzione che deve essere eseguita: nel caso in esame

è la variazione on-off tipica di un interruttore, ma si sarebbe potuto anche scegliere di

utilizzarlo per un comando dimmer o per incrementare un contatore in base al numero

di switch. Si devono, quindi, selezionare i comandi che devono essere eseguiti nel

fronte di salita, cioè quando il segnale passa da 0 a 1, e nel fronte di discesa, quando

passa da 1 a 0. Si è scelto di utilizzare gli interruttori con la loro funzione tradizionale,

per cui è prevista l’accensione nel fronte di salita e lo spegnimento nell’altro fronte.

Un'altra possibile soluzione poteva essere quella di utilizzarlo come un pulsante,

selezionando di invertire lo stato dell’uscita (toggle) solo nel fronte di salita (Figura 43).

Figura 43: funzionamento pulsante (a) e interruttore (b)

Ritornando ad esaminare la Figura 44 si può notare che viene data la possibilità,

attraverso un solo interruttore, di comandare due dispositivi differenti, impostando

correttamente l’oggetto 1.2. Nel caso in esame ciascun interruttore deve comandare un

solo dispositivo per cui entrambi i fronti dell’oggetto 1.2 sono stati impostati sulla voce

“no reaction”.

a) pulsante

b) interruttore

85

Figura 44: ETS - Interfaccia a due ingressi

Infine, nella Figura 45 si riporta la schermata relativa alla configurazione del

termostato. Si nota subito che la finestra è molto più complessa di quelle esaminate

precedentemente. Questo è dovuto al fatto che il termostato utilizzato è un dispositivo

in grado di effettuare numerose operazioni. Di seguito si riportano solamente le

caratteristiche selezionate per una configurazione ottimale per l’impianto progettato. Il

livello generale è stato utilizzato per modificare le impostazioni relative al display, come

la scelta delle informazioni da visualizzare, del linguaggio per visualizzarle e della

possibilità di accendere una luce interna per favorire la lettura. Poi attraverso la voce

“Room Temperature Measurement” sono state modificate le impostazioni relative al

sensore di temperatura interno al termostato. La parte “Pushbutton” è stata invece

utilizzata per la configurazione dei pulsanti. Come si può vedere nella parte destra

della figura, infatti, il dispositivo è composto da un display e da 6 pulsanti. Ciascun

pulsante può essere configurato come interruttore, per comandare ad esempio una

tapparella, o come due bottoni separati, per comandare le luci. Altre funzioni impostate,

importanti da citare, riguardano la regolazione del Set Point, la possibilità di controllare

i dispositivi fan-coil con tre velocità diverse all’avvicinarsi allo Set Point, la

configurazione delle pagine da visualizzare sul display e l’abilitazione alla funzione sia

di riscaldamento per l’inverno che di refrigerante per l’estate.

86

Figura 45: ETS - Termostato

Dopo aver configurato i diversi dispositivi si è passati all’assegnazione degli

indirizzi di gruppo. Si ricorda che tali indirizzi sono utilizzati per raggruppare tutti i

dispositivi che cooperano per permettere di eseguire determinate funzioni. È stato

deciso di effettuare una suddivisione logica degli indirizzi di gruppo simile a quella

descritta all’interno del capitolo 4.4.6, in modo da rendere più leggibile il programma e

da consentire di poter apportare modifiche in futuro senza dover perdere troppo tempo

nel capire la struttura dell’indirizzamento. Si consideri la Figura 46 per comprendere

meglio la suddivisione. Come gruppi principali sono stati scelti i diversi impianti e le

funzionalità generiche, come l’impianto di illuminazione, la gestione della temperatura,

le motorizzazioni, ecc.. I gruppi intermedi rappresentano, invece, le funzioni vere e

87

proprie, come la gestione delle luci on-off, quella delle luci dimmer o quella automatica

delle luci in generale. I sottogruppi indicano, infine, le funzioni presenti nei singoli locali.

Figura 46: ETS - Indirizzi di gruppo

Per completare la configurazione dell’impianto, in ciascun sottogruppo è stato

necessario trascinare gli oggetti dei diversi dispositivi che collaborano per offrire il

servizio identificato. Si riprende l’esempio introdotto nella descrizione dell’attuatore per

tapparelle. Come si può vedere nella Figura 47, sulla destra del riquadro Edifici sono

elencati tutti gli oggetti che sono stati creati configurando il dispositivo di attuazione.

Per ognuno di essi è presente un insieme di informazioni, tra cui, le più importanti sono

88

il numero identificativo, il nome e la funzione che esso rappresenta. Nella figura si

possono vedere tutti gli oggetti relativi agli allarmi e alla prima uscita dell’attuatore.

Trascinando l’oggetto numero 10 nell’indirizzo di gruppo relativo al comando della

tapparella presente nella camera operatore e trascinando al suo interno anche

l’oggetto numero 18 del primo interruttore presente sul termostato della stessa camera,

si ordina al sistema di alzare o abbassare la tapparella ogniqualvolta venga premuto

l’interruttore. Essendo i due oggetti i “rappresentanti” della funzione Long-Time

Operation la tapparella si muove tenendo premuto il pulsante. Se fosse stato scelto

l’oggetto 11 dell’attuatore e l’oggetto 0 del termostato (entrambi “rappresentanti” della

funzione Short-Time Operation), invece, per alzare o abbassare del tutto la tapparella

si renderebbe necessario premere il pulsante più volte.

Figura 47: ETS - Utilizzo degli oggetti

8.7. HI System

La parte conclusiva del progetto è stata la realizzazione di un’interfaccia grafica

unica per supervisionare l’intero impianto domotico. Attraverso un dispositivo Touch-

Screen, un palmare o un dispositivo equivalente è, quindi, possibile collegarsi alla

piattaforma HI Control e utilizzare questo applicativo per comandare tutti i dispositivi

presenti nell’abitazione, monitorare il loro stato, visualizzare i possibili allarmi ed

eseguire altre possibili operazioni utili nella gestione dell’intero sistema. In questo

modo viene permesso all’utente di avere sempre tutto sotto controllo.

89

Il software utilizzato per realizzare questa interfaccia grafica è HI System

Planning, di creazione dell’azienda Home Innovation. Nella schermata iniziale è stato

necessario cliccare sulla voce “Nuovo” per creare un nuovo progetto su cui lavorare.

Dopo aver definito il nome del progetto e avere importato la configurazione

dell’impianto d’automazione, si è passati alla creazione dei diversi ambienti da gestire.

Innanzitutto, si è deciso di creare una schermata contenente la planimetria dell’intera

struttura per inserire al suo interno le icone di comando e di monitoraggio dei dispositivi

principali da controllare, quali i sensori del sistema d’allarme, le luci basilari delle varie

stanze e la temperatura della zona giorno e della zona notte. Si è scelto di identificare

tale schermata con il nome “CERRIS”. Poi l’intera planimetria è stata suddivisa in

quattro zone più piccole per creare altrettante schermate al fine di consentire una più

facile visualizzazione e gestione delle icone di comando di tutti i dispositivi presenti

nella struttura. Le schermate sono state create semplicemente suddividendo la

planimetria in quattro parti di dimensioni simili, che prendono il nome di parte 1, parte

2, parte 3 e parte 4 (vedi Figura 48). Una possibile alternativa sarebbe stata quella di

creare una schermata per ogni singola stanza ed inserire al suo interno una fotografia

del locale, in modo da rendere la gestione ancora più intuitiva ma, data la presenza di

numerosi ambienti, si è preferito raggrupparli in quattro zone.

Figura 48: HI System - Suddivisione della planimetria

90

Successivamente sono stati definiti alcuni filtri, utili per poter visualizzare i

dispositivi solo in determinate schermate. Per ogni sezione (Gestione, Sicurezza e

Media), si è scelto di creare una schermata dove vengono visualizzati tutti i dispositivi e

altre dove vengono filtrati i dispositivi in base alla loro tipologia. Nella Figura 49 si

possono vedere tutti i filtri che sono stati creati per la sezione “Sicurezza”.

Figura 49: HI System - Creazione filtri

Dopo aver salvato le impostazioni è stato possibile procedere all’inserimento

dei dispositivi all’interno dei diversi ambienti. Come si può vedere nella Figura 50, nella

parte sinistra della finestra è presente un elenco di tutti i dispositivi che si possono

utilizzare, raggruppati per categoria. A ciascuno di essi è associata un’icona grafica

modificabile che permette di identificare rapidamente i diversi apparecchi. È stato,

quindi, sufficiente trascinare ciascun dispositivo nel locale desiderato e, per ciascuno di

essi, procedere alla configurazione dei parametri attraverso le sezioni “Proprietà” e

“Sezione-Filtri” (parte in basso a sinistra della figura). Le principali voci che sono state

modificate sono quella per decidere se permettere di comandare il dispositivo o

monitorarlo solamente e quelle relative ai valori che il dispositivo può assumere, che

possono essere, ad esempio, 0 o 1 per i dispositivi on-off oppure da 0 a 100 per i

dispositivi dimmer. “Sezione-Filtri” è stato, invece, utilizzato per filtrare i dispositivi in

modo da poterli visualizzare solamente in determinate schermate. Per fare un

esempio, un dispositivo quale il rilevatore di presenza, è stato filtrato per essere

visualizzato solamente dalla sezione “Sicurezza”, in quanto appartiene al sistema

d’allarme, e, al suo interno, nelle pagine “Tutti” e “Sensore di presenza”.

91

Figura 50: HI System - Finestra progetto

Attraverso la voce di menu “Strumenti” è possibile modificare le impostazioni

che sono state definite al momento della creazione del progetto. È possibile, ad

esempio, aggiungere nuovi ambienti da visualizzare, cambiare le immagini associate a

ciascun ambiente o creare dei filtri differenti da quelli attuali. Sempre sotto “Strumenti”

si possono trovare altre due importanti sezioni che sono state utilizzate per creare le

automazioni del sistema: “Gestione scenari” e “Gestione evento azioni”. Premendo

sulla voce “Gestione scenari” si è aperta una schermata dalla quale è stato possibile

implementare tutti gli scenari illustrati nel capitolo 8.4. Essa è divisa in due parti. Dalla

parte in alto è stato definito il nome da associare allo scenario, mentre nel resto della

pagina è stato possibile selezionare i diversi dispositivi che devono essere comandati

e, per ognuno di essi, l’operazione che deve essere eseguita e l’eventuale ritardo che

deve essere rispettato. Attraverso “Gestione evento azioni”, invece, è stato possibile

impostare l’azione da eseguire qualora siano verificate una o più condizioni. La

schermata è divisa in tre parti. La parte superiore, come nel caso precedente, ha

permesso di definire il nome dell’evento. Nella parte centrale sono stati selezionati,

invece, i dispositivi per i quali deve essere verificata una determinata condizione e la

condizione stessa. Nella parte inferiore, infine, è stata selezionata l’azione che deve

essere eseguita (vedi Figura 51).

92

Figura 51: HI System - Logica evento azione

Dopo aver finito di configurare l’interfaccia grafica è stato possibile collaudare il

sistema creato per trovare possibili incongruenze. Questo è stato fatto attraverso un

simulatore messo a disposizione dall’applicazione stessa che permette di utilizzare

l’interfaccia grafica così come verrà utilizzata sul dispositivo Touch-Screen, senza la

necessità di collegare alcun dispositivo. Per poter verificare tutte le funzioni che offre

l’impianto si è scelto di sbloccare i dispositivi così da poterli comandare tutti. In questo

modo, è stato possibile, ad esempio, verificare che al passaggio di una persona

venisse accesa la luce del locale, attivando manualmente il sensore di presenza.

All’avvio della simulazione si presenta una schermata che permette di effettuare una

scelta tra sette possibili opzioni (come visualizzato nella Figura 52): “Gestione”,

“Sicurezza”, “Scenari”, ”Risparmio”, “Media”, “Com.” e “Utili”.

93

Figura 52: HI System - Simulazione

Entrando nella sezione “Gestione” si apre una schermata (vedi Figura 53) che

permette di visualizzare e di comandare tutti i dispositivi appartenenti all’impianto

d’automazione, come l’illuminazione, la climatizzazione, le motorizzazioni, le prese

comandate, il sensore di luminosità e quello meteorologico. La parte destra consente di

selezionare l’ambiente da gestire in modo da consentire una migliore visualizzazione

delle icone e, quindi, una migliore gestione dell’abitazione. In alto, invece, sono

presenti i filtri che sono stati creati precedentemente per visualizzare e comandare solo

determinati gruppi dispositivi: dall’immagine si può vedere che si possono gestire tutti i

dispositivi oppure si possono selezionare separatamente l’impianto d’illuminazione, le

motorizzazioni, le prese comandate e la climatizzazione. Entrando nel dettaglio, da

questa schermata è possibile comandare tutte le luci, consentendo anche una

regolazione della percentuale di luminosità delle luci dimmer attraverso una barra

verticale disposta accanto alla luce in oggetto, monitorare la temperatura presente nei

diversi ambienti, impostare la temperatura che si vuole raggiungere, comandare le

tapparelle (in modo analogo alle luci dimmer), attivare o disattivare le prese comandate

e monitorare la luminosità interna e lo stato meteorologico di vento, pioggia e sole.

94

Figura 53: HI System - Gestione

La sezione “Sicurezza”, invece, permette di controllare il sistema d’allarme

antintrusione RISCO e i sensori utilizzati per la sicurezza ambientale. Anche in questo

caso possono essere scelti i locali da visualizzare e i dispositivi possono essere filtrati

in base al tipo di sensore. Da tale schermata è possibile attivare e disattivare il sistema

d’allarme antintrusione, verificare in ogni momento lo stato dei sensori di rilevazione

presenza e di rilevazione delle finestre aperte, anche con il sistema d’allarme

disinserito, verificare il corretto funzionamento dei singoli dispositivi e monitorare ogni

possibile problema dovuto a fughe di gas, allagamento o incendio. In altre parole, tutto

ciò che è relativo alla sicurezza dell’utente può essere controllato e monitorato da

questa pagina. Nel momento in cui un sensore effettua un rilevamento, l’icona si

illumina e viene animata. Inoltre, se il sistema d’allarme è inserito appare una scritta

che comunica all’utente il problema che si è verificato.

95

Figura 54: HI System - Sicurezza

“Scenari” è la schermata dalla quale si possono attivare tutti gli scenari

precedentemente configurati. Premendo, ad esempio, sulla scritta “Uscita di casa”

vengono eseguite tutte quelle azioni che sono state elencate nella relativa sezione

all’interno del capitolo 8.4. Per tutta la durata dello scenario l’icona accanto ad esso

viene animata. Per gli scenari in cui non vi sono ritardi da rispettare, come ad esempio

in “Film”, tale movimento non viene percepito in quanto la durata dello scenario è

prossima allo 0.

Figura 55: HI System - Scenari

Aprendo la schermata “Risparmio energetico” è possibile monitorare i consumi

di tutto l’impianto e visualizzare le statistiche riguardo all’utilizzo nel tempo. Inoltre, se

96

in futuro si vorranno utilizzare fonti di energia rinnovabile, da questa pagina sarà

possibile verificare le risorse di cui si dispone e confrontarle con i consumi.

Figura 56: HI System - Risparmio energetico

Attraverso “Media” è possibile gestire tutto l’impianto audio-video TUTONDO

che si è scelto di integrare. La struttura della pagina è la stessa di “Gestione” e

“Sicurezza”. Per ogni zona in cui è possibile ascoltare musica o visualizzare filmati, è

possibile controllare il funzionamento del ricevitore IR, regolare il volume del locale in

oggetto e selezionare la sorgente.

Figura 57: HI System - Media

97

La schermata “Com.” permette di utilizzare il dispositivo Touch-Screen come

videocitofono e di effettuare telefonate VoIP (Voice over IP).

Figura 58: HI System - Com.

Infine, attraverso la voce “Utili” è possibile accedere ad una pagina che fornisce

alcuni strumenti di supporto alla vita di tutti i giorni, come una calcolatrice e una

lavagnetta elettronica. Quest’ultima permette all’operatore di annotare degli appunti

sullo schermo e può rivelarsi molto utile, ad esempio, per ricordare all’operatore del

turno successivo le cose da fare.

Figura 59: HI System - Utili

98

9 SOLUZIONI ADOTTATE PER L’EFFICIENZA

ENERGETICA DELL’EDIFICIO

Nella società odierna, il consumo energetico di un’abitazione è sicuramente uno

dei fattori che contribuisce maggiormente alle spese da sostenere. Per questo motivo il

concetto di efficienza energetica è diventato di centrale importanza nella vita di tutti.

Viene spesso associato al concetto di isolamento termico (impiego di materiali isolanti,

doppi vetri, ecc.), a quello dell’illuminazione (installazione di luci a ridotto consumo

energetico) oppure viene collegato all’utilizzo di elettrodomestici o apparecchiature

elettroniche più efficienti. Tutte queste soluzioni permettono una netta riduzione dei

consumi di energia, ma per riscontrare benefici maggiori e più duraturi è necessario

utilizzare strumenti in grado di monitorare e gestire tutte le risorse.

Sono state emanate diverse leggi, sia a livello nazionale che internazionale, per

specificare i requisiti e i criteri necessari per la progettazione di nuove costruzioni o per

eseguire interventi di riqualificazione energetica di abitazioni esistenti. Tra quelle

pubblicate in Italia, si vogliono ricordare i Decreti Legislativi 192/05 e 311/06 che

stabiliscono l’obbligo di certificazione energetica degli edifici con riferimento sia alla

parte edilizia che agli impianti in essi contenuti. A livello europeo si cita, invece, la

norma CEN EN15232, “Prestazione energetica degli edifici - Incidenza

dell'automazione, della regolazione e della gestione tecnica degli edifici”, che pone in

evidenza la riduzione dei consumi energetici ottenibile grazie all’inserimento negli

edifici di sistemi di controllo e di automazione. Questi sistemi consentono, infatti, di

massimizzare l’efficienza energetica degli impianti dell’edificio in base a differenti

fattori, quali, ad esempio, il livello di occupazione dei singoli ambienti o le condizioni

meteorologiche rilevate all’esterno dell’abitazione, garantendo i massimi livelli di

comfort e sicurezza. Il metodo proposto nella CEN EN15232 è basato su fattori di

efficienza energetica, definiti tramite consistenti statistiche e numerose simulazioni

dinamiche, e consente di determinare il risparmio energetico che si può ottenere

installando un sistema di automazione. In base al livello di automazione installato, gli

impianti si possono suddividere nelle seguenti “Classi di Efficienza”:

- classe D, “NON ENERGY EFFICIENT” (non energeticamente efficiente):

comprende tutti gli impianti tradizionali e privi di automazione che non sono,

quindi, efficienti dal punto di vista energetico;

- classe C, “STANDARD”: è considerata la classe di riferimento e comprende

gli impianti di automazione base;

99

- classe B, “ADVANCED” (avanzato): appartengono a questa classe gli

impianti di automazione dotati anche di sistemi di gestione per il controllo

centralizzato;

- classe A, “HIGH ENERGY PERFORMANCE” (alta prestazione energetica):

analoga alla Classe B ma con livelli di precisione e completezza del

controllo automatico tali da garantire all’impianto elevate prestazioni

energetiche.

La Tabella 25 mostra i fattori di efficienza delle differenti classi e il risparmio che

si può ottenere in un’abitazione utilizzando un impianto di classe B o A, anziché di

classe C o D.

Tabella 25: classi e fattori di efficienza energetica

Classi e fattori di efficienza

D C B A Risparmio adottando le classi B e A

anziché C o D

Senza autom.

Autom. standard

Autom. avanzata

Alta efficienza

Risp. B/C

Risp. B/D

Risp. A/C

Risp. A/D

Condizionamento 1,10 1,00 0,88 0,81 12% 20% 19% 26%

Energia elettrica 1,08 1,00 0,93 0,92 7% 14% 8% 15%

Nella vita di ogni giorno, l’utente esegue abitualmente diverse azioni che

possono causare un consumo inutile di energia. Ad esempio, impostando una

temperatura troppo alta si possono avere dei consumi di energia maggiori del 7% per

ogni grado in eccesso. La stessa cosa può essere affermata per quanto riguarda il

televisore, la lavatrice e tutti gli altri dispositivi che spesso vengono messi in stand-by

anziché essere spenti totalmente. Questo causa un consumo istantaneo molto basso,

ma calcolandolo a livello annuale si può verificare che può raggiungere gli 80

KWh/anno per ogni dispositivo. Anche le luci possono portare ad un enorme spreco di

energia. Accade spesso, infatti, che una persona lasci una stanza per spostarsi in un

altro locale, dimenticandosi di spegnere la luce della stanza in cui era

precedentemente. L’impianto domotico progettato è stato configurato anche per poter

correggere queste “cattive abitudini” degli utilizzatori. Per quanto riguarda

l’illuminazione, grazie ai rilevatori di presenza, il sistema provvede a spegnere

automaticamente le luci, o ad abbassare la loro luminosità ad una certa soglia, in tutte

quelle stanze in cui non è presente alcuna persona. Inoltre, grazie alle luci dimmer e

alle tapparelle motorizzate l’impianto è sempre in grado di garantire un determinato

100

valore di luminosità. Per eliminare gli stand-by, invece, si è previsto di consentire,

tramite alcuni scenari o appositi pulsanti, di spegnere tutte le prese comandate non

attive. È inoltre gestito, sempre attraverso tali prese, il consumo totale dei carichi, al

fine di evitare possibili blackout. Gli sprechi dovuti ad un errata climatizzazione sono

quelli che incidono maggiormente sui consumi perciò vengono controllati in differenti

modi. Innanzitutto la temperatura viene predisposta automaticamente in base alla

temperatura esterna e sono presenti tre Set Point differenti per le tre zone, in modo da

poter impostare una temperatura più bassa in quelle zone in cui non è presente alcuna

persona (generalmente nella zona notte durante le ore diurne e nella zona giorno

durante le ore notturne). Se il sistema rileva che alcune stanze, durante il giorno, sono

inutilizzate per un lungo periodo, esso, oltre ad impostare una temperatura inferiore,

chiede all’utente di poter abbassare le tapparelle automaticamente, per utilizzare ad

una minor intensità l’impianto di condizionamento. Per lo stesso motivo, se una finestra

viene aperta il dispositivo fan-coil della stanza in questione cessa di funzionare fino alla

chiusura della finestra. Inoltre, se da un lato della casa entra troppo sole portando ad

un surriscaldamento dell’ambiente, il sistema è in grado di abbassare automaticamente

le tapparelle di tale lato. Un’altra scelta che poteva essere effettuata per una gestione

ottimale dell’efficienza energetica sarebbe stata quella di abbassare totalmente le

tapparelle e accendere le luci in quelle situazioni di temperature esterne troppo alte o

troppo basse, ma si è preferito lasciare agli utenti libera decisione.

101

10 ANALISI DEI COSTI DI REALIZZAZIONE E

MANUTENZIONE

I dispositivi utilizzati in un impianto domotico sono molto più complessi delle

apparecchiature tradizionali e, per questo motivo, la realizzazione dell’impianto

progettato comporta costi di realizzazione maggiori rispetto a quelli sostenuti per

l’impianto tradizionale. Nei primi capitoli di questo elaborato si è visto che alcune

caratteristiche degli impianti domotici permettono di contenere tali costi. Si è visto ad

esempio che, essendo presente un solo cavo per collegare tutti i dispositivi si può

ottenere un risparmio nei costi di cablaggio del 60%. Inoltre, un dispositivo può essere

plurifunzionale, per cui in alcuni casi non è necessario installarne più di uno. Se oltre ai

costi di realizzazione vengono considerati anche quelli relativi alla gestione del sistema

e alla manutenzione futura, il sistema domotico risulta più conveniente. Si è visto,

infatti, nello scorso capitolo, che è possibile gestire l’energia in modo ottimale limitando

vistosamente i consumi. Per quanto riguarda gli interventi di manutenzione futura,

invece, i dispositivi domotici sono stati progettati per durare più a lungo rispetto a quelli

degli impianti tradizionali, quindi, a lungo termine, le spese di gestione risulteranno

inferiori. Inoltre, se fosse necessario ampliare il sistema, o modificare alcune

funzionalità dell’impianto, sarebbe sufficiente aggiungere il dispositivo alla linea BUS, o

cambiare le impostazioni tramite il software di configurazione, senza dover ricorrere a

nuove opere di cablaggio. La parte sinistra della Figura 60 mostra i costi di

manutenzione delle due tipologie di impianti: come si può vedere, quelli sostenuti per

l’impianto tradizionale in breve tempo superano quelli sostenuti per il sistema domotico.

La parte destra illustra, inoltre, che, mentre l’impianto domotico permette di

implementare qualsiasi tipo di funzione con costi contenuti, l’impianto tradizionale non

consente di implementare funzioni troppo complesse e i costi di quelle realizzabili sono

molto elevati.

Figura 60: costi

102

Per la configurazione del sistema domotico progettato si è scelto di utilizzare i

dispositivi elencati nella Tabella 26. Essi sono tutti gli apparecchi necessari per il

corretto funzionamento degli impianti integrati al fine di permettere una completa

gestione dell’abitazione.

Tabella 26: materiale necessario

AUTOMAZIONE KNX JUNG

Quantità Descrizione dispositivo

1 Alimentatore

19 Interfaccia a 2 ingressi per tasti da incasso

1 Tastiera multifunzione con scenari

7 Termostato con 6 tasti

2 Sensore di luminosità

1 Stazione meteo

6 Attuatore per comando on-off a 8 canali

6 Attuatore per comando dimmer a 4 canali

6 Attuatore per comando tapparelle a 8 canali

6 Attuatore per fan-coil a 2 canali

1 Interfaccia porta USB

7 Ricevitore IR

9 Valvola per rubinetto gas e acqua

1 Sensore gas

4 Sensore di fumo

8 Sensore allagamento

DISPOSITIVI HI

Quantità Descrizione dispositivo

1 Touch-Screen 8'' per incasso a parete

1 Touch-Screen 7'' portatile

1 Interfaccia TV con telecomando radio

1 Unità di gestione e automazione HI Control

DISPOSITIVI PER ALTRI IMPIANTI

Quantità Descrizione dispositivo

1 Centralina RISCO

22 Sensori presenza

32 Sensori per finestre

1 Matrice audio-video TUTONDO

1 Transponder

1 Videocitofono

1 Interfaccia per il collegamento di HI Control con il BUS KNX

5 Telecomando IR per audio, video e automazione

103

Tenendo conto di tutti questi dispositivi, è stato calcolato che la spesa che deve

essere sostenuta per la creazione di un impianto di questo tipo ammonta a circa

32.000€. In base al sistema di classificazione della normativa CEN EN15232,

l’impianto considerato si può classificare come un impianto di classe A per cui si

prevede che il consumo di energia possa essere ridotto di circa il 41% annuo. Non

avendo a disposizione i costi sostenuti per l’impianto tradizionale non è stato possibile

calcolare un tempo preciso di ritorno degli investimenti fatti. Si riporta però un esempio

che sottolinea quanto si può risparmiare utilizzando un impianto domotico.

Il MART, Museo di Arte Moderna e Contemporanea di Trento e Rovereto, è uno

degli edifici con il maggior consumo energetico tra tutti quelli della Provincia Autonoma

di Trento. Nel 2006, il consumo per l’impianto di illuminazione e termoregolazione di

questo edificio si è aggirato intorno ai 2.300.000 kWh/anno. L’anno successivo è stato

integrato con l’impianto elettrico un sistema di automazione con la finalità di ottimizzare

l’efficienza energetica dello stabile. Utilizzando il sistema di classificazione della CEN

EN15232 era stato calcolato a preventivo un possibile risparmio energetico tra il 27% e

il 29%. Verificando a consuntivo con i dati registrati nel 2007 si è osservato una

riduzione del consumo di energia di oltre 600.000 kWh/anno, pari a circa il 28%.

Questo corrisponde ad una riduzione dell’emissione di 354 ton di CO2 all’anno, che

corrispondono alle emissioni prodotte annualmente da 200 appartamenti o da 100

autoveicoli.

104

11 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

La tecnologia è ormai in grado di offrire supporto agli utenti in ogni direzione e

svolge un ruolo determinante nel sostegno di persone anziane o affette da disabilità.

Esistono molte strutture create con lo scopo di fornire assistenza a persone disabili

attraverso la presenza di operatori che le affiancano durante tutto l’arco della giornata.

Se tali centri fossero dotati di un impianto domotico, si avrebbe la possibilità di fornire

all’utente un maggior grado di autonomia, facilitando nel contempo le attività degli

operatori. Inoltre, l’utilizzo di un unico sistema permetterebbe alla struttura di poter

consumare meno energia, ottenendo un considerevole risparmio.

Fino alla primavera del 2009 le mie conoscenze nel settore dell’automazione

domestica erano pressoché nulle per cui ho dovuto consultare diversi libri per

documentarmi su tale argomento. Verso la metà di ottobre sono entrato in contatto con

l’ente ULSS20 e all’inizio del mese successivo ho iniziato ad analizzare la possibilità di

utilizzare un impianto domotico per gestire un’ala del centro per disabili CERRIS. Dopo

un’accurata analisi di tutti i servizi da offrire all’utente, effettuata sulla base dei

documenti in mio possesso, grazie al professor Francesco Palumbo dell’Istituto Don

Calabria ho potuto capire il funzionamento reale dei dispositivi domotici, aggiungere

alcune funzionalità a quelle precedentemente analizzate e passare, quindi, alla

programmazione del sistema d’automazione. Successivamente, l’ing. Giovanni Grauso

dell’azienda Home Innovation mi ha fornito gli strumenti e le competenze necessarie

per integrare il sistema d’automazione con gli altri impianti, permettendomi così di

programmare il sistema domotico risultante.

Riuscire a capire come funzionano gli impianti domotici e progettarne uno per

gestire un’intera abitazione è un lavoro molto complesso. In questa tesi è stata

analizzata la possibilità di installare un sistema domotico nel centro CERRIS in

previsione di un utilizzo di tale abitazione per ospitare utenti disabili dotati di parziale

autonomia e che potrebbero, quindi, trarre giovamento da un impianto di questo tipo.

Per contenere i costi iniziali, si era posto il limite di fornire le stesse funzionalità

dell’impianto tradizionale, aggiungendo l’automazione necessaria ad aumentare il

comfort dell’utente e il risparmio energetico. Nell’analisi dei servizi che l’impianto deve

essere in grado di fornire è stato molto importante considerare i diversi fattori che

possono essere di impedimento ai disabili e quelli che potrebbero portare ad un’errata

gestione del sistema. È stato così deciso di utilizzare apparecchi motorizzati, per

limitare le difficoltà dovute alle operazioni che richiederebbero uno sforzo fisico, e di

impostare alcune restrizioni, per poter controllare le azioni degli utenti, ad esempio,

105

permettendo loro di variare la temperatura delle singole stanze di un solo grado

rispetto a quello preimpostato automaticamente in base alle condizioni meteorologiche

esterne. Successivamente, sono stati considerati i fattori che possono ostacolare il

lavoro degli operatori. Si è deciso, quindi, di utilizzare un dispositivo Touch-Screen,

tramite il quale è possibile monitorare e gestire costantemente tutta l’abitazione e

avviare gli scenari per poter effettuare un insieme di operazioni con il minimo sforzo, e

un’apertura della serratura tramite transponder, per semplificare gli ingressi e le uscite

dall’abitazione, garantendo comunque protezione da possibili intrusi. Infine, sono state

create numerose funzionalità mirate a garantire una maggiore efficienza energetica

attraverso una gestione automatica dei dispositivi. Tutte queste funzioni sono state in

seguito implementate utilizzando due diversi linguaggi di programmazione. Il sistema di

automazione domestica è stato creato con il software ETS, dedicato alla

programmazione dei dispositivi che comunicano utilizzando il protocollo standard KNX.

Dopo aver creato una struttura logica dell’abitazione, sono state inserite le diverse

apparecchiature e sono state configurate scegliendo tra una serie di caratteristiche

proprie di ogni tipologia di dispositivo. Il sistema appena descritto è stato

successivamente integrato con gli altri impianti presenti nell’abitazione, come quello di

sicurezza antintrusione e quello audio-video. La configurazione del sistema domotico

è, quindi, stata effettuata tramite il software HI Control, che ha permesso di creare

l’interfaccia grafica di supervisione e di definire gli scenari e le logiche di

comunicazione tra tutti i dispositivi dell’abitazione. A differenza di ETS, HI Control è

dotato di un software di simulazione che ha permesso di collaudare il sistema e

sistemare le imprecisioni rilevate. L’impianto risultante prevede una spesa di circa

32.000 € per l’acquisto dei diversi dispositivi e si è previsto, attraverso il sistema di

classificazione della normativa europea CEN EN15232, che il risparmio energetico che

si ottiene è di circa il 41% rispetto all’impianto tradizionale.

L’impianto domotico progettato è stato, inoltre, predisposto per permettere di

effettuare eventuali modifiche o ampliamenti in modo semplice e con ridotti costi

aggiuntivi. Dato l’utilizzo di un sistema d’automazione, collegando il computer ad una

porta seriale dell’impianto è possibile riconfigurare in qualsiasi momento tutta la logica

di comando dei dispositivi. Il sistema d’allarme può essere, invece, migliorato

aggiungendo delle telecamere per poter visualizzare la stanza in cui si è verificata

un’intrusione. Tali telecamere possono essere, inoltre, utilizzate per permettere

all’operatore di poter controllare le diverse camere direttamente dal proprio pannello

Touch-Screen, consentendogli ad esempio di poter verificare subito il motivo per cui un

utente ha azionato la cordicella dell’allarme. Dato che i disabili che usufruiranno della

struttura sono utenti dotati di parziale autonomia, potrebbe essere una valida soluzione

106

utilizzare strumenti che gli consentano di svolgere da soli le principali attività

quotidiane, alleviando così il lavoro dell’operatore. Questo può essere ottenuto

innanzitutto aggiungendo una funzione di teleassistenza, in modo da permettere

all’utente di eseguire autonomamente le operazioni tramite il dispositivo Touch-Screen,

supportato, a distanza, dall’operatore. Inoltre, possono essere aggiunti dispositivi creati

appositamente per gli utenti disabili, come letti e cucine motorizzate. Alla loro

attivazione da parte dell’utente, questi dispositivi sono in grado di abbassarsi,

consentendo così al soggetto di potersi spostare al di sopra di esso, nel primo caso, o

di permettere di utilizzare le sue funzionalità, nel secondo. Per questi motivi potrà

essere necessario fornire un dispositivo di supervisione, magari con funzionalità

ridotte, a ciascun degente, che gli permetta di interagire con il sistema domotico e

comunicare con l’operatore. Tale dispositivo può essere un qualsiasi palmare o un

Touch-Screen dedicato, dotato di interfaccia Ethernet o collegamento Wi-Fi per poter

essere collegato alla piattaforma di integrazione. Se si volesse consentire agli utenti di

poter navigare sul Web sarà sufficiente aggiungere una piccola funzionalità

all’applicazione di supervisione. Un altro servizio che si può aggiungere e che in questi

ultimi anni viene spesso valutato nella creazione di un impianto domotico è

rappresentato dalla possibilità di creare una rete tra l’abitazione e uno studio medico, al

fine di monitorare eventuali parametri di salute del degente, come la pressione, la

febbre, il respiro, ecc.. Inoltre, possono essere installati sensori sul pavimento che

rilevano un eventuale caduta a terra dell’utente ed inviano l’allarme all’operatore.

Infine, si può ottimizzare la funzionalità di risparmio energetico utilizzando fonti

rinnovabili. Tali fonti vengono, poi, gestite automaticamente dal sistema per consentire

un’elevata efficienza energetica della struttura abitativa.

107

12 GLOSSARIO

ACK

Abbreviazione di “Acknowledge”. È un codice utilizzato nelle trasmissioni per

confermare la corretta ricezione di un messaggio.

Attuatore

Dispositivo che traduce un comando ricevuto in un’azione sul dispositivo collegato. Ad

esempio, un attuatore on-off che riceve un comando di accensione provvede a

chiudere il contatto, inviando così energia al dispositivo collegato, permettendone

l’accensione.

CA

Acronimo di corrente alternata.

Cablaggio

Posizionamento dei cavi di un impianto in un edificio.

Cavo

Mezzo fisico per la distribuzione dell’energia e la trasmissione di segnali e dati.

CC

Acronimo di corrente continua.

CEI

Acronimo di Comitato Elettrotecnico Italiano, ente istituzionale riconosciuto dallo Stato

Italiano e dall’Unione Europea preposto alla formazione tecnica nei settori

elettrotecnico, elettronico e delle telecomunicazioni.

Dimmer

Dispositivo elettronico che consente la regolazione dell’energia inviata a un carico

elettrico.

Diagnostica

Messaggi automatici che segnalano sul monitor comandi errati o errori logici.

Fan-coil

Dispositivi utilizzati negli impianti di riscaldamento e climatizzazione.

Gateway

Unità funzionale in grado di connettere tra loro più reti di tipo diverso, effettuando

conversioni del protocollo di comunicazione e/o del mezzo trasmissivo.

108

Integratore di sistema

Persona specializzata nel far dialogare impianti diversi tra di loro allo scopo di creare

una nuova struttura funzionale che possa utilizzare sinergicamente le potenzialità degli

impianti d'origine, creando, quindi, funzionalità originariamente non presenti.

Interfacce

Dispositivi fisici, o virtuali, che permettono la comunicazione tra dispositivi con

caratteristiche tecnologiche diverse, che utilizzano, quindi, differenti protocolli di

comunicazione.

IR

Acronimo di raggi infrarossi.

Nodo

Ciascun dispositivo appartenente ad una rete.

Plug&Play

Qualsiasi sistema che si autoconfigura dinamicamente, riconoscendo quando un

dispositivo viene inserito in una rete e quando esso viene scollegato.

Programmi applicativi

Insieme di istruzioni codificate che permettono la configurazione di un dispositivo

d’ingresso, o d’uscita, e ne determinano il funzionamento. Ogni dispositivo d’ingresso o

d’uscita supporta uno o più programmi applicativi.

Prese comandate

Prese a cui si può togliere corrente in qualsiasi istante senza compromettere il

funzionamento degli altri dispositivi analoghi. Esse vengono spesso utilizzate per

collegare apparecchiature che necessitano di molta potenza per il loro funzionamento,

come ad esempio gli elettrodomestici, al fine di poter gestire i carichi.

Telegramma

Messaggio inviato in un impianto di automazione domestica contenente le istruzioni di

controllo e di comando.

Telegestione

Gestione da remoto di un sistema.

109

13 BIBLIOGRAFIA

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SICUREZZA, ECONOMICITÀ , FLESSIBILITÀ E BENESSERE, Günter G. Seip – Traduzione di

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AL SERVIZIO DELL’UOMO, Giovanni Del Zanna – Massimiliano Malavasi – Giulio Vaccari,

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MANUALE ILLUSTRATO PER L’IMPIANTO DOMOTICO - LA MECCATRONICA ENTRA

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