Okos otthon kollégiumi foglalkozás

ÉRINTETT TÉMÁK

IOT fogalma; Az IoT magában foglalja mindazokat az okosított eszközöket, amik képesek kétirányú információcserére, vagy kommunikációra. Egyre gyakrabban találkozunk az IoT, azaz Internet of Things (a magyarul elég szerencsétlenül hangzó dolgok internete) kifejezéssel, hiszen egyre több cég foglalkozik ilyen, vagy ilyennek nevezett termékek, technológiák fejlesztésével. Azt mondhatjuk, hogy azok az eszközök tartoznak ebbe a csoportba, amelyek más eszközzel vagy eszközökkel kétirányú kommunikációt folytathatnak. A működés közben keletkező adatokat, információkat képesek más berendezésekre eljuttatni, és valamilyen technológia segíségével, akár netes adatbázisok, felhőalapú rendszerek révén a világ bármely pontján megosztani. IOT lehet számítógép, monitor, hangfal, tablet, telefon, tévé, hűtőszekrény, vasaló, konnektor, villanykörte, autó, traktor, napelem, akkumulátor, de még ventilátor, wc, vagy akár virágcserép is. Ha egy olyan nagyobb rendszerről beszélünk, amely több kisebb alrendszert foglal magába, akkor értelemszerűen az is beleesik az IoT körbe, így beszélhetünk okos házakról, okos gyárakról, sőt okos teniszpályákról is, hogy például a smart gridről, azaz az intelligens villamosenergia-elosztó hálózatokról, és más nagy hálózati infrastruktúrákról ne is beszéljünk. Nyilván nem igazán egy kategória az okos tepsi vagy teniszütő az orvosi MRI-vel vagy akár egy komplex irodai rendszerrel, de attól még ezek mindegyikére rá lehet húzni az Internet of Things címkét. Lassan ott tartunk, hogy az életünk minden szegmensébe befészkelik magukat ezek a megoldások. Ezt tökéletesen alátámasztják az egyelőre kísérleti fázisban lévő okos városok vagy okos szigetek, ahol olyan élethelyzeteket szimulálnak, ahol minden mindennel összefügg, együttműködik és kommunikál. Ezekkel a megoldásokkal rengeteg pénz, idő és energia takarítható meg, az életünk pedig kényelmesebbé és egyszerűbbé válik. Tehát igen, nyugodtan mondhatjuk, hogy az IoT megoldások alapvetően hasznosak.  A csatlakoztatott eszközök elengedhetetlenek mindennapi életünkben. Megkönnyítik mindennapi tevékenységeinket azáltal, hogy aktuális szükségleteinkhez igazodó szolgáltatásokat kínálnak számunkra. Ez a funkció a dolgok internetének vagy az IoT-nek köszönhetően lehetséges. A technikai megoldások alapulhatnak elektronikán, építészeti megoldásokon, automatizáción, informatikán, távközlésen stb, ezek segítségével irányíthatják akár távolról, az interneten keresztül a hűtő- és fűtőrendszert, a garázsajtót, az ablakredőnyt, a különböző háztartási gépeket, a biztonsági rendszert stb. Ezt az egymással és a működtető személlyel hálózati kapcsolatban álló egyes fizikai tárgyakba és eszközökbe beágyazott elektronika, azok szoftverei, és az érzékelők teszik lehetővé, amit a "dolgok internetjének" (Internet of Things – IoT) neveznek. Az okosotthon egy komplex számítógépes rendszer, amely képes érzékelni a környezetét, valamint a belső állapotokat, és a ház különféle elektromos rendszereit úgy irányítani, hogy azok a lehető leghatékonyabban működjenek.

KIALAKULÁSÁNAK TÖRTÉNTE

Az okosotthonok kialakulásának története a 20. század első éveire vezethető vissza, amikor a technika fejlődése révén az addig csak a fantasztikus irodalmakban elképzelt lehetőségeket a gyakorlatba is át tudták ültetni. Az első távírányító mechanizmust Nikola Tesla szabadalmaztatta 1898-ban. Az 1910-es években jelentek meg az első elektronikus háztartási gépek. Az okosotthonok előfutárai − még csak kiállítási darabok formájában − a világkiállításokon voltak láthatók, 1933-ban Chicagóban, 1939-ben és 1964-ben New Yorkban. 1966-ban Jim Sutherland a Westinghouse Corporation mérnöke fejlesztette ki az első „lakásvezérlő számítógépet”, az ECHO IV-et, amely azonban sosem került kereskedelmi forgalomba. Az ECHO IV. képes volt a lakás hőmérsékletének szabályozására, egyes eszközök be- és kikapcsolására, tárolta az ételrecepteket, és ez alapján összeállította a bevásárlólistát, és még a várható időjárást is előre jelezte . Legizgalmasabb része a családi üzenetközvetítő rendszer volt. Példája nyomán a lelkes amatőrök az 1960-as években hozták létre saját „vezetékes” otthonaikat, ekkor azonban a technikai lehetőségek még igen korlátozottak voltak. Az „intelligens otthon” fogalmát először 1984-ben használta az Amerikai Házépítők Szövetsége. Az 1990-es évek végétől a mikroelektronikai eszközök, valamint a távoli vezérlést lehetővé tevő rendszerek robbanásszerű fejlődése és ezek árainak csökkenése lehetővé tette az okos házak funkcióinak kibővítését. 1998-ban a London melletti Watfordban hozták létre az INTEGER Millenium House-t, az első bemutató házat, amelyben az okosotthon minden (akkori technológiai szintnek megfelelő) lehetőséget felvonultatták. Az épületben bemutatták a különböző automatizálási technikákat, amelyek optimalizálják például a fűtési rendszert, az intelligens világítási és biztonsági rendszert, amely többek között egy mikrochipes programozható kapukulcsot is magába foglalt, valamint a talajnedvességtől függően működő öntözési rendszert. A házban digitális műholdas televízió, WebTV és zártláncú kamerarendszer (CCTV) is működött.[8] Az ABI Research adatai szerint az Amerikai Egyesült Államokban 2012-ben másfél millió okosotthont létesítettek, és a megrendelések üteme alapján ezek száma 2017-re nyolc millióra nő.

FOGALMA

Az "okosotthon" az intelligens épület egyik fajtája, olyan technikai megoldások együttese, amelyek egymással együttműködve lehetővé teszik a házban működő különböző rendszerek és alrendszerek központi irányítását a benne lakók kényelme és biztonsága érdekében. Az időjáráshoz, az életritmusotokhoz és a  hangulatunkhoz alkalmazkodik, és a kényelmünket szolgálja. Kényelem, biztonság és takarékosság. A villany, víz, gáz, páratartalom, hőmérséklet, nyomás, CO2 szint állandó kontrollja. Könnyen kézben tartható a modern okosotthon vezérlése okostelefonos applikáción keresztül. Egyre többször találkozhatunk az „okos” (angolul: smart) jelzővel a különféle használati tárgyak neve előtt. Néhány példa: okostelefon, okosóra, okoskarkötő, okosbútor okosház, okosotthon stb.  Manapság egyre fontosabb cél, hogy a lehető legkevesebb károsanyag-kibocsátással és energiafelhasználással éljük mindennapjainkat, s ezáltal élhetőbbé tegyük környezetünket, csökkentve ökológiai lábnyomunkat – mindezt persze megfelelő kényelem és biztonság mellett. Éppen ezen igények mentén kezdődött meg az épületeinkben lévő különféle berendezések automatizált működésének fejlesztése.

Hosszú évek munkája során létrehoztak olyan megoldásokat, amelyek külső emberi beavatkozás nélkül hajtják végre feladatukat. Ilyen egyszerű megoldás a mozgásérzékelővel ellátott ajtónyitó vagy világításkapcsoló, fűtés-, és klímavezérlés, árnyékolók és garázskapuk vezérlése stb. Azt láthattuk, hogy mindegyik fejlesztés megfelelően működik külön-külön, de hiányzott közülük a kapcsolat, amely összehangoltan működtette volna őket. A fejlesztők munkájának eredményeként ez mára már a valóság, az úgynevezett „okos otthonok” vagy angolul smart home formájában. Mielőtt rátérünk az okos otthonokban rejlő lehetőségek sokaságára, tisztázzunk néhány kérdést!  

 

MIT JELENT PONTOSAN A SMART HOME KIFEJEZÉS?

Otthonában pihenő férfi kezében okostelefonjával applikáción keresztül irányítja okosotthonának világítás funkcióját. Olyan épület, amely a benne található különböző berendezések és rendszerek (gépészet, villamosság, biztonsági rendszer, elektromos berendezések stb.) működését egységbe rendezve felügyeli, szabályozza. Egy olyan egységet alkot, amely az épület energiafogyasztását optimálissá teszi, ügyel az épületben élők és az ott található értékek biztonságára, és szolgálja a kényelmünket. A rendszer a számára megtanított feladatokat elvégzi az előre megadott időpont alkalmával. Alkalmazható ipari- és turisztikai épületekben, irodaházakban, magáncélú ingatlanokban. Az otthonok energiafogyasztásának optimalizálása most kifejezetten fontos, hiszen a 2022. augusztusától érvényes új rezsiszabályozás alapjaiban változtatja meg az ilyen jellegű kiadásainkat, így rendkívül hasznos lehet a tudatos energiahasználat.  

MILYEN FŐBB RÉSZEKBŐL ÉPÜL FEL, ÉS MI EZEK FELADATA?

Egy smart home három fő részből áll.  Szükség van egy kommunikációs csatornára – ez lehet vezetékes vagy vezeték nélküli. A második csoport az úgynevezett perifériás eszközök: az érzékelők (szenzorok) és beavatkozók (aktorok). Ezek feladata a környezet változásainak figyelése (szenzor feladata) és a központi vezérlő egység által adott instrukciók végrehajtása (aktorok feladata). Végül, de nem utolsó sorban a központi vezérlőegység, ami a már korábban említett feladatokat (világítás, ajtónyitás, klimatizálás, vezérlés stb.) végrehajtatja az aktorokkal.

HOGYAN VEZÉRELHETŐ EGY OKOSHÁZ?

A smart home vezérlése több módon lehetséges: kézi vezérlés útján, amikor a felhasználó bekapcsolja az adott funkciót; időzítés révén (pl. a beállított időpontban a rendszer leereszti a redőnyöket); külső környezeti tényezők hatására (pl. amikor a páratartalom elér egy meghatározott értéket, akkor bekapcsol a szellőztető rendszer). Továbbá megemlíthetőek még a különböző vezérlési lehetőséget biztosító eszközök is: egyszerű nyomógombos távirányító, intelligens fali nyomógomb, okostelefon, tablet, laptop vagy PC, esetleg saját TV készülékünk távirányítója is. Persze az okostelefon és tablet alkalmazásakor szükségünk van a megfelelő applikációra is.

MILYEN ELŐNYEI LEHETNEK, HA EGY ILYEN RENDSZERT ALKALMAZUNK?

Az előnyök sorában az első az optimalizált energiafelhasználás, így a gazdaságos üzemeltetés és fenntartás. Ez azért valósulhat meg, mert a rendszer szokásainknak megfelelően alakítható, illetve érzékeli jelenlétünket. Fűtés-hűtésszabályzó megoldásainak köszönhetően egyenletes hőmérsékleti szint alakítható ki, amely nagyban hozzájárul a költségek csökkentéséhez.

További fontos szempont a kényelmi funkciók lehetősége. Mivel a rendszert szokásainkhoz tudjuk igazítani, ezért számos funkció be- és kikapcsolásához nem szükséges személyesen beavatkoznunk, hiszen a rendszer azokat automatikusan végrehajtja. Tulajdonképpen a rendszer előre betanított folyamatokat hajt végre és/vagy érzékeli jelenlétünket, és ezek alapján a megfelelő időben „cselekszik”.

Egy ilyen rendszerrel biztonságosabbá tehetjük épületeinket, melyeket távollétünk során is felügyelhetünk, irányíthatunk okostelefonunk, tabletünk vagy számítógépünk segítségével.

MŰKÖDTETÉS FELTÉTELEI

Az intelligens otthon technológiát alkalmazó berendezések működtetése történhet távirányítóról, számítógépről, okostelefonról is. Az okosotthon automatikusan alkalmazkodik az időjárási körülményekhez, így hozzájárul a ház energiatakarékos működtetéséhez. Például télen jelentős mértékben csökkenthető a fűtési költség, ha napközben a Nap energiáját a helyiségek fűtésére hasznosítják. Este automatikusan lezáródnak a redőnyök, így plusz hőszigetelő hatásukat kihasználva elkerülhető a nyílászárókon keresztüli nem kívánt hőveszteség, kevesebb energia szükséges a kellemes hőmérséklet megteremtéséhez. Télen a termosztát beállítható okostelefonról is, nyáron a zárt árnyékolók megakadályozzák a helyiségek túlzott felmelegedését, nincs szükség a klíma egész napos használatára. Éjszaka a redőnyök, vagy a tetőtéri ablak szellőztetési pozíciója lehetővé teszi a hűvös levegő beáramlását. A külső érzékelőknek köszönhetően a ház automatikusan működik. Ha hirtelen vihar kerekedik, a napellenző visszahúzódik és az ablakok bezáródnak. A természetes és a mesterséges világítás tökéletes összhangban variálható az ott lakók igényeit figyelembe véve. A távirányítóról küldött parancs végrehajtásáról mindig visszajelzés érkezik, így a lakók mindig biztosak lehetnek benne, hogy például az ajtók, ablakok és kapuk bezáródtak. Létrehozhatók előre beprogramozott forgatókönyvek, például nyáron hét közben reggel hét órakor a redőnyök felhúzódnak, az ablakok résnyire kinyílnak, a kávégép bekapcsol, megszólal a kedvenc rádióadó stb. Az okosotthon figyelembe veszi az ott lakók igényeit, könnyen programozható és bővíthető, kényelmet, biztonságot és energiamegtakarítást nyújt.

HELYI HÁLÓZAT KIÉPÍTÉSE

Az okosotthonok helyi hálózata a hardverek és a kommunikációs interfész tekintetében 2016-ban még szabványosításra várt. Általában kétféle megoldást alkalmaznak: a rádiófrekvenciás RFID, valamint azon belül a mikrohullámú Wi-Fi technológiát. A leghatékonyabb megoldást a kettő kombinációja adja. A távoli elérés biztosítása érdekében ez kiegészül az internethozzáférést biztosító optikai- vagy réz szolgáltatói kábelhálózattal. Az egyes szabványok közötti átjárást a hálózati híd (protocol bridge) biztosítja.

A RENDSZER ALKOTÓELEMEI

Az érzékelők (szenzorok), amelyek mérik vagy jelzik a környezet állapotait, illetve változását, például mérik a hőmérsékletet, a napfényt vagy érzékelik a mozgást.

A szabályozó rendszer, amely lehet egy vagy több számítógép, PLC, vagy egyéb speciális eszköz, amelyek a rendszer vezérlését biztosítják. A végrehajtó szerv, illetve egység, amely szabályozza a kapcsolók, motorok és szelepek működését.

A busz (vagy sín), amely lehetővé teszi adatok és tápfeszültségek továbbítását az érzékelők és a vezérlő rendszer számítógép, illetve a számítógép és a vezérelt eszközök (gépek, berendezések stb.) között. A kommunikációs interfész az ember és a gép vagy a gép-gép (M2M) közötti kapcsolatban.

HŰTÉA FŰTÉS ÁRNYÉKOLÁS

A hűtő- és fűtőrendszer (HVAC vagy épületgépészet), amely magába foglalja a hőmérséklet és a páratartalom szabályozását, beleértve a fűtés során biztosított friss levegőt, valamint a természetes hűtést is. Az interneten keresztül vezérelhető termosztát lehetővé teszi, hogy a tulajdonos a távolból szabályozhassa a fűtő- vagy hűtőrendszert, azaz a lakás hőmérsékletét. A rendszer automatikusan nyitja vagy zárja a nyílászárókat a friss levegő beengedése érdekében, illetve nyitja-zárja (vagy ereszti-felhúzza) az árnyékolókat (rolók, redőnyök stb.) Az okos házak által használt intelligens fűtési rendszerek a helyiségek különböző pontjain elhelyezett villanykapcsolókba, termosztátokba, relékbe telepített hőérzékelők által mérik a hőmérsékletet és ezek alapján állítják be az egyes hőértékeket. Az okosotthonok így amellett, hogy pontosabban szabályozzák a teljes épület hőmérsékletét, intelligens fűtőközpontjaik által képesek a helyiségenkénti, valamint az adott fűtőelemek közötti fűtés szabályozására is.

VILÁGÍTÁS

A világítási rendszer kialakítása során olyan funkciók építhetők be, mint az, hogy kialszik a lámpa, ha a szoba üres, vagy a változó fényviszonyoknak megfelelően növekszik vagy csökken a világítótestek által adott fényerő. A világítás távirányítóval, vagy interneten keresztül vezérelhető. A természetes fény (napfény) erősségének érzékelése révén szabályozható az árnyékolók, illetve függönyök helyzete, hogy a természetes fény optimális mértékben kihasználható legyen.

AUDIO-VIZUÁLIS ESZKÖZÖK

Az intelligens multimédia rendszer a kényelmi funkciók részét képezi. Az okostelefon rendszerbe integrálásával telefonról, tabletről vagy számítógépről lehet vezérelni a csatornaválasztást vagy a meghallgatásra kerülő zeneszámot. A telefon a lakásban levő hangszórókra kihangosítható, és mozgásérzékelők alapján mindig az adott helyiség hangszóróin hallható. Ébresztési funkciója biztosítja, hogy az ébresztési időpontban a rendszer elkezdi felhúzni a redőnyöket, fokozatosan felhangosítja a hangszórókat, így felébresztve a lakókat. Hangzónák alakíthatók ki, így szabályozható, hogy melyik szobában milyen zene szóljon, és az audiorendszer összekapcsolható a zenemegosztó oldalakkal. A rendszer beszédhanggal is irányítható.

BIZTONSÁGI RENDSZER

Az okosotthon biztonsági rendszerei közé tartozik a telepített biztonsági kamerák távolról történő megnézésének lehetősége, valamint központi zár működtetése az összes ablakon és ajtón.[14] A kamerák mozgatása és fókuszának változtatása (zoomolás) távolról vezérelhető, illetve a mozgás irányát észlelve a kamera követi a behatolót. A mozgásérzékelők révén illetéktelen behatolás esetén a tulajdonos a biztonsági rendszeren vagy mobiltelefonon keresztül riasztást kap. Integrálhatók az olyan érzékelő rendszerek, mint például a tűz- és füstjelző, a gázszivárgás-, a szén-monoxid-, illetve vízszivárgást észlelő szenzor. A személyi orvosi riasztó rendszerek lehetővé teszik a sérült vagy beteg otthon tartózkodók számára segítség kérését.

KAPUTELEFON RENDSZER

A kaputelefon rendszer lehetővé teszi nemcsak a bejárati ajtó és a lakás egy pontja, hanem az épület helyiségei közötti kommunikáció megvalósítását is. A video-kaputelefon rendszer integrálható a televízió kijelzőjére, illetve szükség esetén a kép rögzítésére is lehetőséget biztosít. Ez a biztonság további erősítését szolgálja. Az intelligens kamerarendszer arcfelismerő rendszerrel párosítva felismeri a belépésre jogosult (beléptethető) személyeket. A térfigyelő kamerákba beépített infravörös egységeknek köszönhetően teljes sötétségben is felismerhetők a személyek és bizonyító erejű képet lehet produkálni, még rosszabb időjárási viszonyok között is.

SPECIÁLIS ESZKÖZÖK

A technológiai fejlődés előidézte miniatürizálás révén bármely elektronikus háztartási gép, eszköz és valamilyen funkcionalitással rendelkező tárgy felszerelhető olyan speciális hardverrel, amely vezeték nélküli, távolból történő be-kikapcsolásukat, illetve működtetésüket teszi lehetővé. Így például hazafelé úton távolról bekapcsolható a kávéfőző (vagy programozható a reggeli felkelés idejéhez kapcsolva); bekapcsolható az úszómedence helyiségének fűtése; beindítható a mikrohullámú sütőbe helyezett étel felmelegítése, elindítható a bekészített mosógép. A vonalkód olvasóval vagy más jelolvasóval ellátott hűtőszekrény tartalma távolról is ellenőrizhető, és a tervezett ételhez a tárolt recept szerint jelzést ad a még beszerzendő nyersanyagra és annak mennyiségére. A falon levő digitális képkeretekben a kép hangulattól függően változtatható. Az „okos” eszközök egymással is kommunikálnak. Például a videolejátszó rendszer indítása esetén a szobában levő fény mennyiségét vagy a világítórendszer, vagy a redőnyöket működtető rendszer csökkenti.