WIRELESS TECHNOLOGY OF CREATING ENERGY CONSERVATION SYSTEMS

Полищук С. В.², Смехун Я. А.¹,

¹Магистрант, ²магистрант, Дальневосточный федеральный университет

БЕСПРОВОДНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СОЗДАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ СИСТЕМ

Аннотация

В статье рассматривается технология Z-Wave, благодаря которой все электроприборы в доме связываются с датчиками и управляющими контроллерами в единую сеть с помощью радио протокола передачи данных. В работе описывается принцип работы стандарта Z-Wave для обеспечения энергосбережения и управления электропитанием бытовой электротехники в жилом доме. В ходе исследования было установлено, что использование устройств управления домашней электротехникой, работающих по стандарту Z-Wave, позволяет сохранить от 30% до 50% электроэнергии за год.

Ключевые слова: энергосбережение, технология Z-Wave, интеллектуальный дом.

Polischuk S.V.², Smekhun Y.A.¹,

¹Undergraduate, ² undergraduate, Far Eastern Federal University

WIRELESS TECHNOLOGY OF CREATING ENERGY CONSERVATION SYSTEMS

Abstract

In the article it is discussed  the Z-wave technology, due to such technologies all electrical appliances in the home are connecting with sensors, managers controllers  into a network via radio data transmission protocol. The paper describes the principle of the Z-wave standard for energy conservation and power management of household electrical appliances in a residential house. The research found that the using of control devices in electrical home working with Z-wave standard, and it allows you to save 30% - 50% of electricity per year.

Keywords: energy conservation, Z-wave technology, home automation.

Современные энергосберегающие технологии представляют собой усовершенствованный или совсем новый технологический процесс, который характеризуется наиболее эффективным использованием и потреблением топливно-энергетических ресурсов. Одними из перспективных энергосберегающих технологий для построения автоматизированных интеллектуальных систем «Умный дом» стали беспроводные технологии на базе стандарта Z-Wave.

Технология Z-Wave — это радио протокол передачи данных, предназначенный для домашней автоматизации. Все устройства, работающие на протоколе Z-Wave совместимы друг с другом, что подтверждается Z-Wave сертификацией. Использование радио шины позволяет устанавливать систему, не изменяя уже существующую проводку, что существенно повышает привлекательность такого решения.

Протокол Z-Wave в России работает на частоте 869 МГц, что делает его малочувствительным к помехам со стороны радио и сотовых телефонов, бытовых приборов и компьютерных сетей Wi-Fi. Устройства сети Z-Wave являются не только передатчиками (выключателями) или исполнителями (реле, диммерами), но и ретрансляторами, т.е. способны участвовать в пересылке сигнала от одного устройства к другому, что позволяет обходить препятствия на прямом пути между устройствами, делая сеть более надёжной (так называемая ячеистая сеть, mesh network). Радиус действия устройств доходит до 30 метров, а сеть в целом может иметь размеры до 120-150 метров в диаметре.

Системы энергосбережения, построенные на технологии Z-Wave, могут выполнять следующие функции [1]:

• Управление освещением (настенные выключатели, регуляторы яркости, патроны для ламп).
• Управление жалюзи, шторами, рольставнями и другими моторами (10-230 В)
• Управление электроприборами. Включение/выключение любых нагрузок до 3.5 кВт.
• Управление отоплением (термостаты, система теплый пол).
• Управление кондиционерами.
• Мониторинг состояния микроклимата в доме (датчики температуры, влажности, освещённости).
• Связь с любым программным обеспечением через контроллер персонального компьютера.
• Сбор данных со счётчиков.

Использование устройств управления домашней электротехникой, работающих по технологии Z-Wave, позволяет сохранить от 30% до 50% энергоресурсов за год [1, 2].

Построение сети Z-Wave. Сеть Z-Wave определяется уникальным номером Home ID (генерируется при создании сети генератором случайных чисел с шумом от радиоприёмника в качестве источника случайных чисел). На одной территории может сосуществовать несколько сетей Z-Wave с разными номерами Home ID. При этом они не будут друг друга видеть и друг с другом взаимодействовать. Благодаря обязательному требованию скважности не более 1% (не более 1% времени находится в состоянии передачи), эти сети не будут друг другу мешать.

У каждого узла в сети есть свой уникальный идентификатор Node ID, который присваивается первичным контроллером при включении устройства в сеть. Также при включении в сеть включаемое устройство запоминает Home ID первичного контроллера для дальнейшего общения. Сеть может содержать до 232 устройств.

Включение происходит переводом контроллера в специальный режим «Включение» (Inclusion Mode). Включаемое устройство входит в режим «Обучение» (Learn Mode). При этом контроллер и включаемое устройство должны находиться в прямой видимости. Многие современные (версии протокола 4.5x или 6.x) постоянно питающиеся (не спящие) устройства первые 3-5 минут после включения в сеть электропитания самостоятельно переходят в специальный режим обучения (Network Wide Inclusion, NWI), если они ещё не включены в сеть. При этом условие нахождения в прямой видимости уже не требуется. Это позволяет достаточно легко включать в сеть новые устройства. Устройство, уже прописанное в одной сети, не может подключиться к другой сеть.

Исключение из сети происходит аналогично: контроллер переводится в режим «Исключение» (Exclusion Mode), а дочерний узел в режим «Обучение». После исключения Node ID и Home ID устройства сбросятся на 0 (для контроллеров Node ID сбросится на 1, а Home ID на заводское значение).

Z-Wave — это беспроводная ячеистая сеть (mesh network), где каждый узел знает окружающие его узлы и может направлять через них пакеты. Использование маршрутизации позволяет успешно преодолевать препятствия между узлами, не позволяющие им общаться напрямую. Однако перестановки мебели и другие изменения в обстановке, а также выход из строя одного узла могут привести к появлению нерабочих маршрутов. Для этого их нужно периодически обновлять. Первичный контроллер может это делать профилактически раз в неделю или по запросу пользователя.

Заключение. Интерес к технологиям, позволяющим сделать дома энергосберегающими, постоянно растет. Технологии управления умным домом, такие как Z-Wave, становятся основой управления домашним энергопотреблением для энергосбережения. Используя датчики и контроллеры, поддерживающие стандарт Z-Wave, стало возможным гибко настроить использование потребляемой энергии устройством, комнатой или целым домом. Эти датчики и средства управления могут автоматически реагировать на изменение различных как внешних, так и внутренних условий и управлять энергопотреблением соответствующим образом. Управление энергопотреблением с помощью Z-Wave может быть автоматизировано или дистанционно настроено через персональный компьютер или мобильный телефон.

Применение устройств Z-Wave позволяет в реальном времени следить за освещением, отоплением и потреблением любых нагрузок, включенных в контролируемые цепи. Слежение может осуществляться как локально на дисплеях, так и дистанционно через интернет. По желанию можно реализовать алгоритмы, ограничивающие потребление электроэнергии в так называемые "пиковые" моменты, отключая менее приоритетных потребителей.

Использование устройств управления домашней электротехникой, работающих по протоколу Z-Wave, позволяет сохранить от 30% до 50% энергоресурсов за год.