Средства управления интеллектуальным зданием

Владимир Ничипорович, Виталий Мозолевский

В процессе развития современных технологий предложено множество вариантов устройств, способных решить в той или иной степени существующую проблему управления интеллектуальным зданием:  мобильный телефон, карманный компьютер, персональный компьютер и т.д. После многочисленных попыток стало очевидным, что невозможно в полной мере приспособить к решению новых нестандартных задач те устройства, которые были разработаны для выполнения определенного круга функций. Таким образом, появилась необходимость в кардинально новом устройстве, созданном специально для контроля и управления интеллектуальным зданием, — универсальном пульте управления. Сегодня на рынке существует множество решений пультов управления интеллектуальным зданием, предлагаемых рядом компаний, среди которых такие мировые производители, как Philips, Sony, Logitech и др. Возрастающая популярность таких пультов заставляет предъявлять ряд жестких требований к устройствам данного класса:

  • минимальный вес, по возможности, не должен превышать 600 гр.
  • продолжительность работы от аккумулятора при активном использовании — от 5 ч и более
  • способность запоминать и управлять в среднем 250 устройствами
  • поддержка современных интерфейсов связи
  • ударопрочность
  • влагоустойчивость и др.

Однако многие из существующих на рынке решений либо не отвечают современным требованиям (малое время работы от аккумулятора, небольшой LCD-экран, отсутствие возможности работы с современными интерфейсами связи, отсутствие гибкого изменения и дополнения ПО и пр.

В данной статье представлены основные результаты анализа ситуации на рынке универсальных пультов управления интеллектуальным зданием и перечислены базовые требования к устройствам данного класса. Также предложено описание решения, разрабатываемого компанией Promwad, приведено подробное описание аппаратной и программной частей  и пр., либо попросту очень дорогие. Как такового универсального решения для пульта управления «умным домом», сочетающего в себе свойство «цены-качества», на данный момент не существует. Таким образом, сложившаяся ситуация на рынке устройств управления «умным домом» показывает необходимость создания универсального мультимедийного пульта управления, отвечающего всем вышеизложенным требованиям. При этом его стоимость должна быть значительно ниже существующих на рынке аналогов (средняя цена универсального пульта управления на российском рынке колеблется от 890 до 1000 долл. США)

Перед компанией Promwad была поставлена задача на разработку аппаратной платформы, программного обеспечения и дизайна универсального пульта управления с наличием большого цветного LCD экрана и широкого перечня поддерживаемых интерфейсов, а также создание прототипа устройства. Пульт управления должен быть портативным, эргономичным и обладающим низким энергопотреблением.

К аппаратной части разрабатываемого устройства компания-заказчик предъявила следующие требования:

  • Ethernet 10/100 Mbit;
  • USB 2.0 host;
  • Wi-Fi стандарта 802.11b/g;
  • LCD с разрешением 800х480 и 24- битной цветовой палитрой;
  • Touch screen; датчик освещенности;
  • Датчик присутствия;
  • Инфракрасный порт;
  • Линейный аудиовыход;
  • Микрофонный вход;
  • Клавиатура и светодиодная индикация;
  • Внешнее питание от источника 12 В или от Ethernet (технология PoE);
  • Автономное питание от литий-ионных аккумуляторов;
  • Работа под управлением ОС Linux.

В данной статье разработанному универсальному пульту присвоено название UCP (Universal Control Panel).

Плата для UCP пульта спроектирована на базе процессора SoC Cirrus Logic EP9307. В данную систему-на-кристалле интегрировано большое количество интерфейсов, используемых в пульте. Такое решение позволяет значительно снизить количество требуемых дополнительных компонентов, а значит, уменьшить габариты устройства.

Производительность процессора позволяет успешно выполнять все задачи, возложенные на разрабатываемое устройство. В качестве операционной системы используется ОС Linux, а встроенный аппаратный графический ускоритель предоставляет пользователю красочный динамический интерфейс.

Применение ОС Linux позволило сделать данное устройство универсальным в плане выполняемых функций и использовать его не только как пульт дистанционного управления. Например, при помещении устройства в «крэдл» пульт при определенной настройке становится электронной фоторамкой, выводя на экран загруженные фотографии. Благодаря возможности установки свободного ПО, пользователь может выходить в Интернет, загружать разнообразные игры, а также просматривать электронную почту, создавать напоминания, заметки для других членов семьи и многое-многое другое.

В пульте UCP применен LCD экран Hitachi TX18D16VM1CBA c сенсорной панелью — один из самых крупных для устройств данного класса (7’’ против 3,8’’ у аналогов) с разрешением 800x480 и 24-битной глубиной цвета. Помимо этого, на плате реализованы клавиатура (использует интерфейс 8x8 Keypad Scanner процессора), светодиодная индикация режимов работы и светодиодная подсветка клавиатуры.

Оцифровка звука с микрофона и вывод сообщений либо музыки на динамики осуществляется посредством аудиокодека AD1981BJSTZ, подключенного к интерфейсу AC`97 процессора. Также устройство снабжено инфракрасным приемником и передатчиком, так как эта технология все еще широко применяется при управлении аудио- и видеотехникой.

Д ля решения задачи малого энергопотребления на плате UCP установлены датчик освещенности на основе микросхемы TSL2550T и датчик присутствия на чипе QT113- ISG от Qprox. Такое решение показывает свою эффективность и позволяет продлить время работы пульта на 35%.

Для реализации функций беспроводной связи через WiFi используется модуль Unex RM5 стандарта 802.11b/g на базе чипа Marvell M8385. Для подключения USB-накопителей и других USB-slave-устройств реализован интерфейс USB-host стандарта 2.0.

Помимо того, в устройстве реализовано три варианта питания. В первом варианте используется PoE (Power-over-Ethernet) модуль, который позволяет передавать устрой­ству вместе с данными электрическую энергию через стандартную витую пару в сети Ethernet. В настоящее время такое решение не является распространенным и со временем, возможно, завоюет большую популярность среди разработчиков и потребителей. Второй вариант — от внешнего источника питания. Третий вариант — от встроенной аккумуляторной батареи.

При создании программного обеспечения аппаратной платформы был разработан пакет поддержки аппаратуры (BSP) на основе начального загрузчика U-Boot и операционной системы Poky Linux для процессора ARM, базирующейся на полнофункциональной системной библиотеке GNU libc. В качестве ядра операционной системы используется стандартная стабильная версия ядра Linux 2.6.20 с изменениями, которые поставляются компанией Cirrus Logic.

В процессе разработки ПО также реализованы драйверы для датчика присутствия и драйверы для управления питанием, которые используются различными функциональными модулями устройства. В процессе адаптации ядра внесены изменения в драйвер клавиатуры. Для работы с экраном LCD компании Hitachi адаптирован соответствующий драйвер поддержки framebuffer и изменен графический Х-сервер с целью поддержки устройства сенсорного экрана LCD.

Стоимость предложенной системы-на-кристалле незначительна и составляет около 20 долларов США. При этом разработанная печатная плата имеет 6 слоев. Такое небольшое количество слоев для печатной платы позволило уменьшить стоимость производства и упростить его так, чтобы было возможно проводить полный цикл производства устройства на российских заводах, учитывая их технологические нормы и процессы. Это в совокупности с минимизацией количества использованных дополнительных компонентов позволило значительно снизить себестоимость устройства.

В итоге себестоимость предложенного UCP-пульта в разы меньше по сравнению с аналогами и составляет 500 долларов США. Низкий ценовой диапазон позволит в дальнейшем сделать технологии “умного дома” более популярными среди массового потребителя и, возможно как результат, значительно снизить среднюю стоимость устройств данного класса.

Таким образом, разработанный пульт управления интеллектуальным зданием позволяет высокоэффективно заменить различные устройства управления одним.

Предлагаемый универсальный пульт управления позволяет выполнять такие функции, как:

  • управление всеми устройствами, подключенными в домашнюю сеть;
  • отображение состояния всех подключенных электронных устройств;
  • использование в качестве универсального пульта ДУ с возможностью программирования;
  • интеграция с видеодомофоном, выполнение функции вывода качественного изображения и приема-передачи звука;
  • интеграция в автоматизированную систему контроля и учета энергии;
  • электронная книга;
  • планшетный PC для доступа в интернет и просмотра электронной почты;
  • цифровой аудио- и видеоплеер;
  • фото рамка при установке в «крэдл»;
  • интернет-радио;
  • часы, будильник, органайзер, «семейный напоминатель».

Данный перечень выполняемых функций неокончательный. Однако уже на текущем этапе ясно, что разработанное компанией Promwad устройство может конкурировать со многими современными аналогами по ряду значимых параметров, таких как размер и разрешение экрана, поддержка всех современных интерфейсов, работа под управлением свободно распространяемой ОС Linux с возможностью бесплатной загрузки программного обеспечения, функциональные возможности и низкое энергопотребление. Широкое применение, свободное распространение и наличие большого количества специалистов в области ОС Linux позволяет вносить изменения в функциональность пульта с минимальными затратами, что дает возможность адаптировать устройство под специфические требования как целых групп потребителей, так и конкретного пользователя.

Так, если потребитель изъявил желание в индивидуализации графического интерфейса взаимодействия, то политика открытого кода ОС Linux позволяет в минимальные сроки предоставить данному потребителю решение, максимально отвечающее его требованиям. Таким образом, эта возможность обеспечивает высокую конкурентоспособность данного продукта с линейкой существующих аналогов, которые зачастую используют коммерческие ОС, имеющие ряд недостатков, связанных с закрытым исходным кодом, отсутствием большого числа специалистов, знакомых с данной архитектурой, а также необходимостью обязательной выплаты лицензионных отчислений.

Еще одним немаловажным критерием для успешной конкуренции с аналогичными разработками является низкая стоимость устройства, которая позволит открыть рынок недорогих универсальных пультов управления «умным домом» широкому кругу потребителей. Возможно, именно это качество и сыграет ключевую роль в дальнейшей судьбе данного прибора.

Стоит отметить, что процесс разработки UCP-пульта еще не завершен, и поэтому вполне возможны последующие улучшения некоторых аппаратных и программных параметров устройства.
 

Статья была опубликована в журнале Chip News, 2008, №5