Ing. Alessandro Pisano. Università degli Studi di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica

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1 Ing. Alessandro Pisano Università degli Studi di Cagliari Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Cagliari, 25 settembre 2009

2 Impianti domotici Una opportuna interconnessione tra sensori, attuatori e dispositivi di comando più o meno intelligenti. Verrà fatta una panoramica di natura generale su: - Architetture - Mezzi trasmissivi - Protocolli e standard - Dispositivi di controllo

3 Impianto tradizionale

4 Impianto tradizionale Ogni funzione prevede un cablaggio separato e dedicato Assenza di integrazione

5 Impianto a bus

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

7 Impianti a bus Alle apparecchiature tradizionali si sostituiscono dei dispositivi intelligenti in grado sia di elaborare informazioni che di comunicare tra loro. E l architettura che esalta al meglio le potenzialità dei sistemi domotici di ultima generazione Presenta diversi ulteriori vantaggi

8 Cablaggio semplificato -1

9 Cablaggio semplificato -2 I dispositivi attuatori, cioè preposti al controllo dei carichi, debbono essere connessi sia alla linea BUS che alla rete elettrica domestica per l alimentazione dei carichi stessi. Gli apparecchi di comando e i sensori sono invece connessi solamente alla linea BUS.

10 Interessanti alternative Power line communication (trasmissione a onde convogliate) Comunicazione Wireless

11 Panoramica sui mezzi trasmissivi I mezzi trasmissivi possibili per la rete di interconnessione di un sistema domotico sono Onde convogliate Utilizza i conduttori di distribuzione dell energia elettrica. Il principale vantaggio nell'utilizzare le onde convogliate risiede nel fatto che viene sfruttata la linea elettrica esistente, evitando il problema dell'installazione di nuovi cavi. Tutti i componenti del sistema sono collegati in parallelo e comunicano tra loro attraverso la rete elettrica grazie ad opportuni dispositivi. I comandi vengono inviati sulla rete elettrica e raccolti dalle utenze interessate attraverso un codice di indirizzamento univoco. Possibili problemi con questa tecnologia sono quelli relativi alle interferenze, che possono essere superati con l'adozione del cosiddetto filtro di linea. Va rimarcata la bassa velocità di trasmissione (pochi kbps) della tecnologia standard Sperimentazioni avanzate per la trasmissione a banda larga.

12 Panoramica sui mezzi trasmissivi Infrarossi La trasmissione ad infrarossi è un metodo di comunicazione senza fili, limitato principalmente dal vincolo di direzionalità del segnale e dalla forte attenuazione in presenza di ostacolitra il trasmettitore e il ricevitore.

13 Panoramica sui mezzi trasmissivi Radiofrequenza. Metodo di trasmissione wireless basato su onde radio. La trasmissione radio in bassa potenza è un mezzo per realizzare semplici controlli, riducendo al minimo l'installazione. Copre facilmente l'intera casa senza bisogno di ripetitori, ma occorre evitare di trasmettere segnali non desiderati agli impianti delle abitazioni vicine. Un problema nella standardizzazionedi questo mezzo, sta nel fatto che le bande consentite di frequenza variano da paese a paese. Linea BUS E' un sistema di trasmissione di segnali che utilizza una coppia di conduttori dedicati. Il doppino twistatoè il mezzo di trasmissione più semplice, ma richiede un maggiore lavoro di installazione per la posa dei cavi, rispetto ai mezzi fino ad ora considerati. Questa tecnica di trasmissione è molto flessibile e si presta bene soprattutto in abitazioni molto grandi con un gran numero di componenti.

14 Panoramica sui mezzi trasmissivi Fibra Ottica Mezzo di trasmissione che permette il trasferimento dati tramite segnali luminosi che viaggiano all interno di una guida d onda. Altissime velocità di trasferimento dati e immunità dai disturbi elettromagnetici i punti forti. Costo elevato dei supporto trasmissivi e delle interfacce

15 Scelta del mezzo trasmissivo Funzionalità richieste all impianto domotico Budget Caratteristica dell intervento Se l impiantodomotico vieneprogettato (e, soprattutto, realizzato) congiuntamenteall impiantoelettrico, la soluzione a linea BUS diventa maggiormente competitiva.

16 Standard tecnologici e protocolli X-10 Economico. Comunicazionea ondeconvogliate. Semplicedainstallaree daconfigurare. Supportafunzionalitàpiuttostolimitate. Konnex Supportavari mezzi trasmissivi. Apparati a compatibilità certificata. Ambiente di sviluppo software standardizzato. Ethernet Aperto al mondo PC e ad Internet. Potenzialmente indicato per ambienti office. Supporto wireless (WLAN). Possibilità di comunicazione a onde convogliate. Protocolliwireless Installazioneminima.

17 X-10 X10 è uno standard storico dell'automazione domestica, presente ormai da vent'anni in America, che ha avuto una larga diffusione anche in Europa, e sembra mantenere, grazie anche alle innumerevoli periferiche disponibili sul mercato, una salda posizione nel panorama delle soluzioni HA. È costituito da una o più unità centrali che dialogano in maniera bidirezionalecon dispositivi periferici, utilizzando un sistema ad onde convogliate su rete elettrica per la trasmissione dei dati a bassa velocità (50 bps in Europa). Il sistema centrale può anche essere interfacciato al PC, oppure pilotato a distanza grazie a telecomandi a infrarossi.

18 X10 I dispositivisono spesso direttamente inseribili nelle prese della rete domestica. Ogni dispositivo è identificato da un indirizzo composto da una lettera (A-P) chiamata House Code, e un numero (1-16) chiamato Unit Code. Con questo protocollo si possono, dunque, collegare fino a 16x16 = 256 dispositivi o gruppi di dispositivi.

19 Lo Standard Aperto X-10 LA TECNOLOGIA È molto economica. È facilmente installabile. Sfrutta la tecnica P.L.C.. La portata dei segnali è di 80 mt. sulla rete elettrica. Per l invio di un comando sono necessari 47 cicli di corrente (0,94 sec). I DISPOSITIVI I dispositivi si dividono in moduli e controller. I moduli rispondono sia ai comandi inviati al loro indirizzo specifico che a comandi inviati in broadcast.

20 Konnex(KNX) KNX, è nato in seguito alla convergenza tra tre consorzi a livello europeo EIBA - European Installation Bus Association BCI - Batibus Club International EHSA - European Home System Association con lo scopo di realizzare e promuovere uno "standard unico" per applicazioni di Home e Building Automation. E' basato sulle migliori caratteristiche delle tre tecnologie di partenza e, di fatto, sul cuore dello standard EIB, con cui mantiene una totale compatibilità; integra inoltre le modalità di configurazione e i mezzi trasmissivi di BatiBus ed EHS.

21 KNX (cont.) Il sistema KNX è un sistema decentralizzato ad intelligenza distribuita, dove l intelligenza risiede in ogni singolo dispositivo. I media supportati dallo standard KNX sono : Twisted pair Powerline communication Radio frequenza Infrarossi

22 Konnex KNX Sono disponibili 3 modalità di configurazione : S-mode(System mode ), ad uso di installatori esperti, modalità che mette a disposizione l utilizzo di tutte le funzioni disponibili, dunque permette di rispondere ad ogni tipo di esigenza. E-mode(Easy mode): ad uso di installatori con competenze medie, mette a disposizione meno funzioni rispetto al System mode. I componenti sono già parzialmente preconfigurati con parametri standard. A-mode(Automaticmode): I tipi di componenti Amodedispongono di meccanismi di configurazione automatica. Sicuramente un limite di questa tecnologia è la lentezza(meno di 10 kbps), dunque KNX è poco adattabile alla gestione video. La moderata velocitadi trasmissione è comunque a vantaggio dell affidabilità del sistema.

23 Ethernet In particolari contesti (office automation) può essere preesistente all intervento una ampia rete LAN. In questi casi la soluzione Ethernet TCP-IP può risultare interessante. Una ampia gamma di smart sensors, smart actuators, e smart controllers supporta nativamente la comunicazione TCP-IP. Sono stati di recente proposti sul mercato: Switch Ethernet con trasmissione ad onde convogliate

24 Protocolli per la comunicazione wireless in radio frequenza WiFi Bluetooth ZigBee

25 WiFi WiFi - Standard b Interoperabile con le reti Ethernet Velocita massima 11 Mbps Distanze fino a 100 metri Una sua evoluzione, lo standard a garantisce una maggiore copertura (fino a 300 metri) ed una velocita fino a 5 volte superiore. Lo standard è stato autorizzato in Europa solo dal 2003.

26 Bluetooth Trasmissioni a distanza limitata (< 10 metri) Basso assorbimento di potenza Robusto alle interferenze ambientali Comunicazione con cifratura a chiave privata.

27 Zigbee Standard Il protocollo ZigBeeè stato definito allo scopo di supportare reti di comunicazione a costi e consumi energetici molto minori rispetto ad altri più noti protocolli wireless. Caratterizzato da una velocità di trasferimento dei dati relativamente bassa (28 Kbyte), ha però interessanti caratteristiche di sicurezza e immunita ai disturbi Si tratta inoltre di uno standard aperto.

28 Zigbee Rispetto a bluetooth consuma meno, è più lento, ma va molto più lontano. Grazie alla funzionalità di multi-dropciascun dispositivo (visto come un nodo della rete) è in grado di comunicare con i dispoisitivi vicini fungendo da ripetitore di segnale, fino a coprire distanze nominalmente superiori al km

29 Tabella riassuntiva

30 Controllori centralizzati Soluzioni a microcontrollore (ARM, Motorola,..) Domotica con Industrial PLC Home PLC

31 Centraline di controllo Controllore con display Touch screen. Processore ARM.

32 Centraline di controllo

33 Sistemi a base PLC

34 Industrial (micro) PLC

35 Home PLC Di che si tratta Concetto innovativo che è sinonimo di Controllore Logico Programmabile (PLC) per l'home Automation (Domotica). Caratterizzato da un sistema di apparati sviluppati seguendo gli standard industriali, ma con l'implementazione di caratteristiche e fuznzilnalitàproprie dell'automazione domestica. Le caratteristiche che contraddistinguono il PLC domotico da quello industriale vanno dal rangeesteso della tensione di alimentazione, ad una estetica gradevole, e la disponibilità di librerie specifiche per l'automazione di funzioni domotiche. Un HomePLCpuò avere più protocolli ma deve possedere almeno un protocollo aperto, libero e standard, il ModbusRTU nativo in questi apparati permette di utilizzare questi apparati in modo universale. Un HomePLCè predisposto per dialogare pressoché con tutti gli standard "de facto" più utilizzati: a fibra ottica, RS485, Ethernet (TCP/IP), Wi-Fi, Power Line

36 Home PLC

37 Uno sguardo al futuro Applicazioni della visione artificiale

38

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