خانه هوشمند

آیا برای شیرجه زدن در اینترنت اشیا و بهینه سازی خانه خود آماده اید؟

خانه شما چگونه هوشمند می شود؟

چه می شود اگر تمام وسایل زندگیتان بتوانند به اینترنت متصل شوند؟نه فقط رایانه یا گوشی هوشمندتان ، بلکه همه چیز:ساعت ، بلندگو ، چراغ ها ، آیفون ها ، پنجره ها ، پرده های پنجره ها ، آب گرم کن ها ، چای ساز ، قهوه جوش ، بخاری و کلا هر چیزی که در زندگیتان دارید و روزانه استفاده می کنید. و تصور کنید چه می شود اگر همه اینها بتوانند ارتباط برقرار کنند ، برای شما اطلاعات بفرستند و از شما دستور بگیرند؟ از یک فیلم علمی تخیلی صحبت نمی کنم ؛ درباره "اینترنت اشیا"(IOT) حرف می زنم که جزء کلیدی اتوماسیون خانگی و خانه های هوشمند است . اتوماسیون خانگی یعنی توانایی کنترل خودکار تمام اجزا و وسایل یک خانه - از میزان شفافیت پنجره ها تا کنترل چای ساز و...- تنها با یک کلیک (یا فرمان صوتی و حرف زدن).برخی از این امکانات مثل کنترل نور لامپ ها کم هزینه هستند ، اما برخی دیگر مثل دوربین های پیشرفته نیاز زمان و هزینه زیادی برای نصب دارند.

تکنولوژی خانه هوشمند که با عنوان اتوماسیون خانگی نیز شناخته می شود ، با قرار دادن کنترل دستگاه های هوشمند از طریق یک برنامه در گوشی ها و یا سایر دستگاه های هوشمند در اختیار مالکین ، امنیت ، راحتی و بهره وری بیشتر انرژی را برایشان به ارمفان می آورد. یکی از کارکردهای اینترنت اشیا ، قابلیت کار کردن اشیاء خانه با یکدیگر است. وسایل با اشتراک گذاری اطلاعات مصرف کننده و همچنین از طریق تنظیماتی که صاحب خانه برایشان درنظر می گیرد ، اقدام به رفع نیازهای وی به صورت خودکار می کنند.

ریشه پیدایش خانه های هوشمند

با انتشار پروتکل ارتباطی X10 (یک استاندارد صنعتی برای برقراری ارتباط بین ادوات استفاده شده‌ در سیستم‌های Home Automation ) در سال 1975 ، خانه هوشمند که زمانی یک رویای دست نیافتنی بود ، متولد شد. X10 از طریق سیم کشی معمولی برق خانگی ، سیگنال های رادیویی با فرکانس 120KHZ به صورت مداوم برای خروجی های برنامه ریزی شده ارسال می نمود. این سیگنال ها دستورات لازم را به دستگاه مورد نظر ارسال کرده و از این طریق آن را کنترل می نمودند . مثلا اگر تلویزیون به برق وصل بوده و خاموش باشد ،  فرستنده با ارسال سیگنال از طریق سیم کشی برق در ساعت از پیش تعیین شده ، آن را روشن می کند.

با این حال ، سیم کشی برق از آنجا که ذاتا برای امواج رادیویی ساخته نشده ، ایجاد نویز در این سیگنال ها اجتناب ناپذیر است و نمی توان به تکنولوژی X10 اعتماد کرد. در برخی موارد سیگنال ها از بین می روند یا در جاهایی که ولتاژ 110 ولت استفاده می شود مثل ایالات متحده ، با تغییر پلاریته مثبت و منفی ، سیگنال قادر به عبور از مدارها نیست . همچنین X10 یک مسیر ارتباطی یک طرفه است و دستگاه ها قادر به ارسال اطلاعات نیستند. سیستم های X10 دو طرفه نیز در سالهای بعد معرفی شدند اما با قیمتی بالاتر.

هنگامی که شرکت Insteon در سال 2005 وارد صحنه شد ، تکنولوژی جدیدی معرفی کرد که از طریق آن سیم کشی برق با سیگنال های بی سیم ترکیب می شد (سیگنال به صورت بی سیم ارسال و توسط گیرنده به سیگنال الکتریکی تبدیل می شد)، پروتکل هایی مثل Zigbee و  z-wave نیز به طور مستمر مشغول رفع ایرادات X10 هستند ، اما با این حال X10 هنوز هم پا برجاست و از آن استفاده می شود.

شرکت آزمایشگاهی NEST در سال 2010 تاسیس شد و اولین محصولش که نوعی ترموستات بود را در سال 2011 روانه بازار کرد.این شرکت در ادامه آشکارسازهای مونواکسیدکربن و دوربین های امنیتی را تولید و وارد بازار کرد. در سال 2015 سهام این شرکت توسط گوگل خریداری شد و از آن زمان تا کنون به عنوان زیرمجموعه شرکت الفبا فعالیت می کند.

نسل سوم ترموستات های NEST

در سال 2012 شرکت Smartthings ، با راه اندازی یک کمپین موفق به جذب سرمایه 1.2 میلیون دلاری به منظور تامین مالی پروژه خانه هوشمند خود شد ، در سال 2013 به عنوان یک شرکت اعلام وجود کرد و در سال 2014 سهام آن توسط سامسونگ خریداری گردید. اخیرا شرکت های آمازون ، اپل و گوگل ، محصولات خانه های هوشمند خود را به همراه برنامه های کارابردیشان یعنی Amazon Echo ، Apple homekit و Google home روانه بازار کرده اند.

نمونه هایی از تکنولوژی های خانه های هوشمند

تقریبا در هر جنبه از زندگی که تکنولوژی به آن ورود کرده مثل ، لامپ ها برای روشنایی ، ماشین ظرف شویی برای شستن ظروف و ... ، یک جایگزین هوشمند برای آن نیز معرفی شده است.

*تلویزیون های هوشمند قادرند با اتصال به اینترنت از برنامه های کاربردی خاصی استفاده کنند ، مثل دریافت موسیقی یا فیلم خاصی که شما می خواهید ، برخی تلویزیون ها قادر به تشخیص و درک صدا یا ژست شما نیز هستند و از آنها فرمان می گیرند.

*علاوه بر کنترل از راه دور و سفارشی سازی نور ، سیستم های روشنایی هوشمند مثل Hue از شرکت روشنایی فیلیپس ، قادرند حضور افراد در اتاق را حس نموده و نور لامپ را مطابق با نیاز آنان تنظیم کنند . این لامپ ها همچنین بر اساس میزان دسترسی روزانه می توانند تنظیم شوند.

*ترموستات هوشمند شرکت NEST با تکنولوژی WiFi ترکیب شده و امکان کنترل از راه دور ، برنامه ریزی و نظارت بر دمای خانه را فراهم می کند. این سیستم همچنین عملکرد ساکنین خانه را بررسی کرده و به طور خودکار بهترین شرایط را برای راحتی و کارایی آنان فراهم می آورند. این ترموستات هوشمند علاوه بر این ها قادر است میزان استفاده از انرژی را نیز کنترل نموده و زمان تعویض فیلترهای تسویه هوا را اعلام کند.

*با استفاده از قفل ها و در باز کن های هوشمند ، افراد قادرند دسترسی دیگران را مجاز یا غیرمجاز کنند. قفل هوشمند می تواند نزدیک بودن ساکنین و افرادی که برای عبور مجاز هستند را تشخیص داده و قبل از رسیدن آنها درب را باز کنند.

*با استفاده از دوربین های امنیتی هوشمند ، ساکنین می توانند زمانی که از منزلشان دور هستند یا در تعطیلات بسر می برند ، منزل خود را کنترل نمایند.سنسورهای حرکتی هوشمند قادر به تمایز بین رفتار و حرکات ساکنین هستند و ورود حیوانات ویا سارقین را تشخیص می دهند ، در صورتی که مورد مشکوکی احساس کنند با بخش امنیتی مخصوص مثل پلیس ، اورژانس و... تماس می گیرند.

*انواع وسایل آشپزخانه در دسترس هستند ، مثلا تا زمانی که شما هشدار ساعت خود را غیرفعال کنید ، قهوه جوش هوشمند برایتان یک فنجان قهوه تازه و گرم آماده می کند. یخچال های هوشمند تاریخ انقضای مواد غذایی را کنترل نموده و بر اساس آن لیست خرید می دهند ، آنها حتی با بررسی میزان مصرف قادر به پیش بینی نیازهای آتی شما هستند. آرام پز ها و تستر ها ؛ ماشین های لباسشویی هوشمند و....

*سیستم های مانیتورینگ منزل می توانند میزان مصرف برق را بررسی نموده و در صورت افزایش غیر مجاز آن ، دستگاه های پرمصرف را خاموش کنند ، یا از دست رفتن آب(در اثر شکستن لوله ها) و یخ زدگی لوله ها را تشخیص داده و به طور خودکار فرمان قطع را برای کنتور ارسال کنند تا از جاری شدن سیل در زیرزمین خانه تان جلوگیری شود!

لامپ های هوشمند سری Hue از شرکت Philips

مزایا و معضلات خانه هوشمند

یکی از مهمترین مزایای خانه های هوشمند ایجاد آسایش و آرامش برای صاحبخانه به خاطر به وجود آمدن امکان کنترل و نظارت از راه دور می باشد، مثلا دیگر نگرانی به خاطر روشن ماندن وسایل آشپزی یا جا گذاشتن کلید منزل، باز ماندن در و ... وجود نخواهد داشت .

همچنین امکان مراقبت از سالمندان را فراهم کرده و این کار را راحت می کند ، در این شرایط نیازی به سپردن افراد سالخورده به سرای سالمندن و یا استخدام یک پرستار نخواهد بود.

این خانه ها می توانند ترجیحات کاربر را اجرا کنند . مثلا به محض رسیدن وی به خانه درب گاراژ باز شده ، چراغ ها روشن ، شومینه فعال ، چای ساز چای را آماده می کند و بلندگو ها موسیقی مورد علاقه شخص را پخش می کنند.

اتوماسیون خانگی به کاربران کمک می کند تا کارایی و راندمان مصرف انرژی را بهبود ببخشند. به جای اینکه سیستم تهویه مطبوع را (کولر ، بخاری) در تمام روز روشن بگذارید تا زمان بازگشت به خانه دمای هوا مناسب باشد ، اتوماسیون با خاموش کردن آن پس از خروج شما و روشن کردن مجدد باعث کاهش مصرف سوخت شده و شما نیز می توانید اطمینان داشته باشید که وقتی به خانه رسیدید همه چیز بر وقف مراد شماست!درباره سایر لوازم خانگی نیز این امر صادق است.

با یک سیستم آبیاری هوشمند ، چمن و باغچه شما فقط در زمان مورد نیاز و به مقدار مورد نیاز آبیاری می شود. در مجموع با اتوماسیون خانگی در انرژی ، آب و سایر هزینه ها صرفه جویی می شود و باعث کاهش آلودگی هوا جلوگیری از هدر رفت سرمایه منابع زمینی و پول می گردد.

با این حال سیستم های خانه هوشمند به خاطر ماهیت فنی شان در حال تبدیل شدن به جریان اصلی زندگی هستند. در نتیجه یکی از ایرادات آنها ، پیچیدگی درکشان است.برخی افراد ذاتا با تکنولوژی مشکل دارند و یا با اولین ایراد سیستم سریعا آنرا جمع آوری می کنند. سازندگان خانه های هوشمند و زیر مجموعه هایشان برای کاهش پیچیدگی های سیستم و بهبود تجربه و توانایی کاربران به منظور استفاده لذت بخش و مفید آنها از همه تجهیزات با هر سطح به طور مستمر و مداوم تلاش می کنند .

برای اینکه سیستم های اتوماسیون خانگی واقعا موثر باشند باید همه آنها بدون در نظر گرفتن تولید کننده از یک پروتکل استفاده کنند یا مکمل یکیدیگر باشند. برخلاف سایر بازارها و محصولات ، هنوز هیچ استاندارد طلایی برای خانه های هوشمند وجود ندارد ، با این وجود اتحادیه ها و قطعه سازان برای رعایت پروتکل ها با تولید کنندگان همکاری می کنند تا از کاربردها و قابلیت های سیستم ها اطمینان حاصل نمایند.

یکی دیگر از مسائل مهم خانه امنیت منزل است. گزارش شرکت NTT DATA در سال 2016 نشان می دهد که 80 درصد از دارندگان خانه های هوشمند نسبت به امنیت خانه هایشان نگرانند. اگر هکرها به شبکه سیستم هوشمند نفوذ کنند به راحتی قادر خواهند بود چراغها را خاموش سیستم های امنیتی مسل دوربین را خاموش و درب ها را باز کنند . علاوه بر اینها از طریق هک سیستم هوشمند اتفاق بدتری نیز ممکن است رخ دهد و آن دسترسی به اطلاعات شخصی صاحب خانه است . در سال 2016 ربات اینترنت اشیا Mirai توانست بخشی از سیستم اینترنت مربوط به دوربین های امنیتی ضعیف و برخی ورودی ها را قطع کند.

بسیاری از مخالفان خانه های هوشمند نگران اطلاعات حریم خصوصی خود هستند . گزارش NTT Data نشان دهند آمار 73 درصدی از مشتریان و دارندگان خانه های هوشمند که نگران این مساله هستند دارد. درحالیکه تولید کنندگان تجهیزات به طور مستمر از مصرف کنندگان اطلاعات جمع آوری می کنند و در حال بهبود سیستم ها هستند ، اعتماد و شفاف سازی مهمترین اصل برای کاربران به منظور اعنماد به ساختمان تولید شده توسط شرکت بوده و خواهد بود.

خانه های هوشمند چطور کار می کنند

خانه هایی که جدیدا ساخته می شوند ، غالبا با زیرساخت مورد نیاز برای سیستم ها تولید می گردند ، البته خانه های قدیمی نیز امکان بروز رسانی با سیستم های جدید را دارند. با اینکه هنوز از سیستم های X10 و Insteon در برخی منازل استفاده می شود ، اما بلوتوث و WiFi در مدتی کوتاه محبوبیت بیشتری بدست آورده اند.

کدام تکنولوژی خانه هوشمند مفیدتر است و چرا ؟

Zigbee و Z-wave رایج ترین پروتکل های ارتباطی در خانه های هوشمند هستند(منظور از پروتکل ارتباطی ، قوانین ، روش ها و قالب های خاص ارتباطی بین اجزاء مختلف یک سیستم است ) . هر دو از تکنولوژی شبکه Mesh و سیگنال های کوتاه برد و کم قدرت برای ارتباط بین اجزاء سیستم خانه های هوشمند استفاده می کنند . (شبکه مش و Isp دو نوع شبکه ارتباطی هستند ، در نوع ISP اگر کاربر اصلی از شبکه خارج شود ، دسترسی تمام کاربران به شبکه قطع خواهد شد که در مش این مشکل حل شده و کاربری به نام اصلی و فرعی وجود ندارد.) هدف هردو پروتوکل سیستم های ارتباطی برای خانه های هوشمند است اما برد سیگنال های Z-wave حدود 30 متر و برد سیگنال های Zigbee 10 متر است . در مقابل تراشه های Zigbee (همان Chipset) توسط اکثر سازندگان تجهیزات هوشمند شناسایی می شوند ولی Z-wave تنها از محصولات Sigma پشتیبانی می کند.

منظور از خانه هوشمند ، خانه ای با تجهیزات منحصر بفرد و خاص نیست ، بلکه منظور خانه ای است که همه اجزای آن با هم در ارتباطند و با هم کار می کنند و یک شبکه کنترل از راه دور را تشکیل می دهند.تمام دستگاه ها توسط یک کنترلر مرکزی که با نام قطب خانه هوشمند (smart home hub) شناخته می شود کنترل و هدایت می گردند. هاب یا قطب خانه هوشمند یک دستگاه سخت افزاری با قابلیت های شناسایی ، دریافت و ارسال و پردازش داده ها است. این سخت افزار تمام برنامه های همه تجهیزات را در خود ترکیب نموده و در قالب یک برنامه مجتمع در اختیار کاربر به منظور کنترل آنها قرار می دهد. برخی برند های هاب عبارتند از

Amazon Echo, Google Home, Insteon hub pro, Samsung SmartThings , Wink Hub و غیره می باشند.

برخی از سیستم های خانه هوشمند را می توان همان ابتدا ایجاد کرد و برخی نیز بعد ها به صورت یک وسیله هوشمند تهیه شده و برای سیستم مرکزی تعریف می شوند . در سناریو های ساده خانه هوشمند ، رویدادها هم قابل زمان بندی هستند و هم می توان به صورت لحظه ای می توان از آنها استفاده کرد . (منظور از سناریو ، تعریف حالت های مختلف برای رخ دادن برخی اتفاقات به صورت خودکار است مثل سناریوی ساعت هفت صبح که شامل به صدا درآمدن زنگ بیدارباش ، روشن کردن چای ساز و آماده کردن چای یا قهوه ، تنظیم نور چراغ ها یا باز کردن پرده های پنجره و ... است). رویدادهای زمان بندی شده بر اساس یک ساعت خاص رخ می دهند ، مثل کشیدن پرده پنجره در ساعت 6 عصر اما رویدادهای لحظه ای نیاز به عملکرد خودکار در لحظه های مختلف دارند مثل باز شدن درب به محض رسیدن صاحب خانه یا روشن شدن چراغ ها به محض ورود به اتاق.

یادگیری ماشین و هوش مصنوعی به خاطر اینکه به سیستم ها اجازه و قدرت انطباق با محیط را می دهند و در واقع سیستم ها خود را با آن هماهنگ می کنند به طور فزاینده ای در حال رشد و محبوب شدن هستند.مثلا سیستم های صوتی گوگل و آمازون امکان انجام عملیات و همچنین برنامه ریزی برای سیستم ها را از طریق مکالمه با آنها فراهم می کنند.

آنچه خواندید یک مقدمه نسبتا کامل درباره ساختمان های هوشمند و اتوماسیون خانگی بود که تلاش کردم چیزی را از قلم نیاندازم. در آینده به طور خاص درباره برخی تجهیزات هوشمند و نحوه نصب آنها که مرتبط با بحث برق ساختمان است صحبت می کنم ؛ ان شا الله.