Ha realizzato il progetto la classe 5^ AE di Elettrotecnica ed Automazione dell’ITIS "E.Alessandrini", formata dagli studenti
Baj Enrico, Beato Marco, Bellati Luca, Berardino Luca , Bertolotti Tobia, Bonazzi Nicola, Brusati Nazareno, Cereda Francesco, Damiano Luca, Gorinto Paolo, Lombardo Simone, Mazzucco Mike, Panachia Marco, Piacentini Christian, Puricelli Simone, Restelli Alessandro, Rinaldi Fabio, Strazzaboschi Livio, Ticozzelli Matteo, Tonoli Giacomo, Zini Davide
coordinata dal professor Giuseppe Russo coadiuvato dagli altri insegnanti del corso, durante i tre anni di specializzazione.
L'immagine rappresenta il modello, realizzato in
materiale plastico, della casa automatica comandata e azionata tramite il computer
attraverso i moduli CABus.
Sono previsti meccanismi di automazione delle tapparelle, un sistema di sensori atti a
rilevare fughe di gas, perdite di acqua ed eventuali incendi o altre anomalie interne alla
casa.
Questo sistema innovativo è basato su sistemi BUS anziché tradizionali.
Il progetto da noi realizzato è un esempio di "casa del futuro" (Home
Automation) che raggiunge due obiettivi fondamentali:
1-rendere più facile la gestione dell'ambiente casa alle persone anziane, disabili motori e a tutti noi in generale.
2-rendere più sicuro l'ambiente casa con sistemi di protezione che intervengono automaticamente e in situazioni di pericolo, visto e considerato che l'alto numero di incidenti domestici sono dovuti all'imperizia e al cattivo utilizzo delle utenze.
Il modello da noi costruito esemplifica il funzionamento della casa domotica; in pratica questo mira a simulare un sistema funzionante, applicabile in futuro anche a comuni abitazioni.
1.1 LA "DOMOTICA"
Nel nostro secolo ormai, l'elettronica ha compiuto
notevoli passi avanti, raggiungendo una soglia di perfezione quasi assoluta, riguardante
soprattutto la microelettronica; l'esempio più chiaro, è sicuramente il computer.
Nei lontani anni settanta, quando fu inventato e costruito il primo esemplare a
funzionamento elettromeccanico, della grandezza di circa una stanza non si sarebbe mai
pensato che in soli venti anni di progresso, lo si sarebbe trasformato in un comunissimo
elettrodomestico che avrebbe accompagnato la nostra vita di tutti i giorni, assumendo le
dimensioni di una valigia.
Ai giorni nostri si sfruttano le potenzialità del computer per azionare altri meccanismi,
adibiti a loro volta allo svolgimento di altre azioni a livello più materiale, quale
potrebbe essere la semplice azione di irrigazione del giardino oppure un'azione più
complicata quale controllare i sensori di sicurezza designati alla rilevazione del gas.
Tutto questo comandato tramite il computer, il quale compie queste azioni grazie a delle
schede elettroniche, oppure utilizzando appositi software appositamente programmati per
compiere determinate azioni.
Tutto questo racchiuso in una semplice parola, DOMOTICA.
La "domotica" è nata con l’obiettivo di migliorare la "qualità
dell’abitare", attraverso la realizzazione di una casa nella quale si possa
vivere meglio, essere sicuri in un ambiente privo di barriere ostili, controllare i
livelli di benessere e di salute, risparmiare energia e rispettare l’ambiente.
La "domotica" è una tecnica volta a controllare tutte le utenze, solitamente
elettriche, disponibili in un ambiente; ciò è possibile servendosi di programmi
prestabiliti dall’utente o tramite comandi inviabili dall’esterno.
Questo sistema ha lo scopo di sollevare l’utente da operazioni ripetitive e di
sostituirlo in sua assenza, eseguendo i comandi memorizzati e provvedendo alla
sorveglianza dell’ambiente. Inoltre il sistema svolge la funzione di antifurto,
sicurezza contro le fughe di gas e di acqua.
Ad esempio è possibile programmare l’accensione e lo spegnimento di luci oppure
l’apertura e la chiusura di tapparelle.
Tramite il Personal Computer, digitando sulla tastiera dei codici di comando, è possibile
comandare l’azionamento automatico della luce al rientro a casa e il suo spegnimento
dopo pochi minuti, con la possibilità di regolare l’intensità della luce stando
seduti in poltrona.
Nel caso di fughe di gas invece, il sistema ne individua la presenza ed il dispositivo
blocca automaticamente la fonte di pericolo.
Regolare e controllare la temperatura degli ambienti ottenendo il massimo risparmio
energetico, oppure gestire l’accensione e lo spegnimento automatico di più utenze
come ad esempio le luci in giardino.
Ogni volta che utilizzate gli apparecchi domestici non dovete più ricorrere all’uso
di vari adattatori, oppure disporre di un dispositivo elettronico che diagnostica e
previene anomalie nel carico, proteggendo totalmente i dati e l’impianto di EDP,
stampanti e fax. Per gli amanti della musica esiste anche la possibilità di
ascoltarla nei locali prestabiliti ogni qualvolta lo si desideri.
Si può disporre inoltre, di un sistema antintrusione perfettamente integrabile nel design
con l’impianto elettrico, che garantisce sicurezza e tranquillità alle persone che
ne usufruiscono.
Per quanto concerne la sicurezza esiste una presa intelligente chiamata
"Sicurplay", cioè un microprocessore esegue la diagnosi preventiva degli
apparecchi collegati non alimentandoli in caso di anomalia o guasto, proteggendo così le
persone e l’impianto stesso; inoltre assicura, durante il loro funzionamento,
protezione differenziale e da sovracorrenti.
Naturalmente per fare tutto ciò è necessario che nell’ambiente vi siano dei sensori
che rilevano delle grandezze e degli stati e degli attuatori che comandano le utenze.
CAPITOLO 2
CABus
2.1 INTRODUZIONE
CABus è una rete domotica che è in grado di automatizzare la casa mediante il modulo di interfaccia PC e gestione alimentazione ed il modulo di attuazione. La parola "domotica" comprende due aspetti che sono l’Home Automation, che automatizza la casa, e la Building Automation, che automatizza le parti comuni del palazzo. CABus è una rete di automazione domestica che permette di integrare tra loro in modo intelligente:
l'impianto elettrico (luci ed elettrodomestici)
l'impianto antifurto e di sicurezza
l'impianto di riscaldamento
le automazioni di tapparelle e cancelli
Permette quindi di controllare tutti gli
elettrodomestici che abbiamo in casa, dall'interruttore alla lavastoviglie, di programmare
l'accensione delle luci, la chiusura e l'apertura di tapparelle.
Con l'accensione e lo spegnimento programmato degli elettrodomestici si ottiene un
notevole risparmio di energia elettrica.
Il sistema CABus, è costituito da piccoli moduli dalla dimensione di un pacchetto di
sigarette, collegati tra di loro da un sottile cavetto che consente di scambiare
costantemente informazioni sullo stato della casa. Questo
sistema è in grado di svolgere qualsiasi azione dalla più complessa alla più semplice,
potrebbe, per esempio attivare l'antifurto, ordinare la chiusura della valvola del gas,
abbassare le tapparelle e controllare gli elettrodomestici.
Per riuscire ad interagire tra essi e per svolgere questi azioni programmate, il sistema
è dotato di un piccolo microprocessore che ricorda cosa deve fare anche in mancanza di
energia elettrica.
Il sistema CABus può essere impiegato anche per le persone disabili, le quali non riescono in modo autonomo a gestire il completo
impianto della casa; ogni azione può essere svolta tramite un semplice telecomando a
infrarossi o con dei semplici comandi vocali.
Dal punto di vista del cablaggio, il sistema necessita di una minore spesa rispetto agli
impianti civili tradizionali,in quanto questi ultimi impiegano tanti cavi quabti sono gli
apparecchi, più uno per il neutro, mentre il CABus necessita di soli tre cavi.
Il sistema CABus presenta i seguenti vantaggi::
Tutto ciò permette di gestire i compiti che di
norma l’utente svolge in modo ripetitivo e di aggiungere più intelligenza possibile
alla gestione della casa.
Alcuni esempi di dispositivi che possono essere programmati con CABus sono: "sistema
di annaffiatura", "sistema di illuminazione di una abitazione",
"accensione automatica di un televisore", etc….
Per far sì che tutto ciò avvenga in modo adeguato bisogna disporre del modulo di
interfaccia PC, che è in grado di stabilire un collegamento tra un Personal Computer e i
moduli di attuazione in modo da garantire l’alimentazione e la gestione di questi
ultimi nella rete.
Ogni modulo CABus può essere suddiviso nei seguenti quattro blocchi logici
2.2 MODULO DI ATTUAZIONE
Il modulo di attuazione può essere programmato per svolgere alcune
funzioni, che possono essere:
Interruttore triplo intelligente
Comando remoto
Chiave antifurto
Sensori allarme
Controllo aperture e serramenti
Ciascun modulo ha quattro uscite, sette ingressi e un comune. Questi ultimi sono predisposti in modo da essere collegati ai contatti di tutte quelle apparecchiature (pulsanti, termostati, relè, …) che si vogliono comandare e sono polarizzati con una tensione di 5V, mentre il comune è collegato a massa. Le uscite, in particolare la numero 1, 2 e 3, sono capaci di gestire un carico fino ad un massimo di 500W alimentato a 250V. I quattro morsetti in basso a sinistra sono quelli a cui viene collegato il bus (+12V, Dati, Massa), mentre l’uscita numero 4 è in grado di chiudere verso massa un carico alimentato a 12V. Questa uscita viene anche usata per comandare un led o un buzzer oppure per controllare l’alimentazione di un sensore; ad esempio può essere il sensore di gas o di fumo. Il pulsante e il led presenti al centro del modulo servono per programmare l’indirizzo e la funzione da esso svolta. Questa scelta nasce dal fatto di dover proteggere la programmazione di questi due parametri da disturbi e da malintenzionati. Per programmare il modulo di attuazione bisogna disporre del modulo di interfaccia PC. Il modulo di interfaccia PC e gestione alimentazione (vedi Fig. 2) ha il duplice scopo di consentire la programmazione della rete da parte di un Personal Computer e di gestire l’alimentazione della stessa.
Questo modulo è composto da un connettore del tipo RS232 che permette di comunicare con il PC; inoltre tutti i connettori del BUS della rete sono uguali e usano tre conduttori (-, Dati, +). Sul connettore alimentatore è possibile disporre di una alimentazione di 13-15V, mentre su quello a batteria è possibile collegare una batteria ricaricabile o non ricaricabile. Se più moduli vengono installati nella rete è necessario che almeno uno deve avere il jumper 1 chiuso. Il jumper 2 permette di selezionare le opzioni di alimentazione. Quando il jumper 2 è Aperto oppure è in Posizione A si può installare una batteria da 9V per garantire l’aggiornamento della data e dell’ora in mancanza di alimentazione, invece quando è in Posizione B occorre disporre di una batteria da 12V capace di mantenere l’alimentazione della rete durante il blackout.
2.2 INTERRUTTORE TRIPLO INTELLIGENTE
L’Interruttore Triplo Intelligente è una scheda dotata di tre ingressi e tre uscite a relè; al suo interno sono disponibili le seguenti funzioni logiche:
Ad ogni ingresso sono collegati i pulsanti o gli interruttori che possono comandare le uscite alle quali sono collegati carichi da controllare. In questo modulo le uscite si temporizzano in due modi diversi: con RESET o con RESTART. Quest’ultima modalità si usa quando si vuole prolungare l’accensione del carico prima che sia finita la sua temporizzazione. In pratica, se abbiamo una lampadina temporizzata a 30 secondi e prima del suo spegnimento noi azioniamo il pulsante di RESTART, resterà accesa per altri 30 secondi più quelli che mancavano alla fine della temporizzazione. Invece la modalità con RESET, che configura il canale passo-passo, si usa quando si vuole arrestare l’accensione di un carico prima che sia terminata la sua temporizzazione. In pratica, se abbiamo una lampadina temporizzata a 30 secondi e prima del suo spegnimento noi azioniamo il pulsante di RESET, questa si spegnerà (una pressione accende ed una spegne).
2.3 COMANDO REMOTO A 7 CANALI
Volendo controllare a distanza un qualsiasi modulo (eccetto quelli di sicurezza) si può utilizzare un altro modulo in modalità "comando remoto" e lo si può utilizzare per gestire fino a 7 comandi diversi. In questa configurazione il modulo può comandare fino a 7 moduli, i quali sono collegati agli ingressi indipendentemente dalle loro molteplici funzioni; ogni comando è associato ad un ingresso ed, ovviamente, più ingressi possono essere collegati al medesimo pulsante per ottenere più funzioni diverse con il medesimo comando esterno.
Per quanto riguarda le uscite, queste possono essere comandate sia dal modulo stesso che dalla rete.
Il comando remoto a 7 canali ha lo scopo di abilitare o preferibilmente disabilitare le uscite di un altro modulo.
Ogni modulo è in grado di accettare comandi di tipo diverso (non tutti i moduli supportano tutti i tipi):
2.4 IMPIANTO ANTINTRUSIONE
Questo sistema permette di suddividere l’impianto in quattro zone attivabili e disattivabili in modo indipendente. L’operazione di attivazione e disattivazione delle zone può essere facilmente eseguita tramite i moduli dotati di parzializzatore. In tale modo l’impianto risulta particolarmente flessibile e adattabile alle esigenze degli utenti.
Per la programmazione di questi moduli è necessario disporre di semplici dispositivi chiamati configuratori, che permettono di assegnare a ciascun sensore la propria zona di appartenenza. Inoltre si può assegnare un numero progressivo utilizzato per individuare il sensore in allarme e si possono anche abilitare o meno funzioni particolari. In questo modo per modificare le funzioni dell’impianto, ad esempio cambio della zona di appartenenza di un sensore o modifica delle sue funzioni, non è più necessario intervenire sul cablaggio, ma è sufficiente sostituire il configuratore relativo.