Систему управления климатом невозможно представить без многочисленных датчиков (sensors) и устройств мониторинга (measuring devices), которые должны следить за текущими значениями температуры, влажности и других показателей в помещениях умного дома. Различают внутренние (indoor) и внешние (outdoor) датчики и приборы мониторинга. Кроме того, контуры управления системы должны располагать данными о температурных режимах работы ее важнейших узлов (коллекторы, гидрострелки, насосы, вентиляторы ... ). То есть в системе должно присутствовать и некоторое количество технологических датчиков, которые измеряют температуру, скорость, давление теплоносителя и другие текущие параметры в критически важных точках, а полученные от них данные используются для корректировки режимов работы системы и слежения за ее исправностью.
В состав внутренних датчиков и измерительных устройств входят:
- Измерители температуры и влажности,
- Измерители концентрации углекислого газа CO2 (Carbon Dioxide),
- Измерители шума,
- Детекторы и измерители концентрации моноксида углерода CO (Carbon Monoxide),
- Детекторы и измерители концентрации опасных газов и органических испарений
Следует понимать, что это не полный список всех возможных датчиков, которые могут применяться в системах умного дома (к примеру, могут также использоваться измерители освещенности, датчики присутствия и т.п.). В данном разделе мы рассматриваем системы управления отоплением, вентиляцией и кондиционированием (HVAC). То есть нас интересуют именно такие измерители и детекторы, которые включаются в состав подобных систем и непосредственно участвуют в их работе.
Так измерители температуры и влажности являются важнейшим компонентом систем отопления, охлаждения и вентиляции. Именно с помощью таких датчиков умный дом и узнает о том, куда (в какое помещение) надо добавить тепла или холода, где включить увлажнитель воздуха, а где — наоборот. В простых системах функции измерения температуры выполняют термостаты, которые имеют встроенные датчики температуры или могут сами использовать напрямую подключенные к ним датчики, если нужно, к примеру, следить за температурой теплого пола. Но измерять что-то, кроме температуры, термостаты, как правило, не умеют, а значит для построения систем, обеспечивающих высокий уровень комфорта, одних термостатов уже недостаточно. Для решения проблемы система умного дома дополняется проводными или беспроводными датчиками, которые размещаются в наиболее важных точках и используются подсистемами отопления, кондиционирования и вентиляции умного дома — их встроенными алгоритмами принятия решений.
Относительно новым устройством в умных домах в последнее время стали измерители концентрации углекислого газа CO2. Существующая в доме система вентиляции не всегда должна работать в максимальном режиме, гоняя туда-сюда кубометры воздуха и сжигая электричество. Умный дом может отслеживать количество людей в каждой комнате и исходя из этого подбирать режимы работы вентиляции, но более очевидным является постоянное измерение качества самого воздуха и отслеживание концентрации углекислого газа в нем. При превышении определенного порога, когда в одном помещении присутствует много людей, система вентиляции переводится в более интенсивный режим работы или открываются окна для улучшения проветриваемости соответствующего помещения. Для придания воздуху дополнительной свежести могут использоваться разнообразные ионизаторы и озонаторы.
Шум и загрязнение воздуха являются бичом всех современных круных городов. Приток воздуха через открытые окна может радовать тихой ночью, но оборачиваться другой стороной в утренние часы, когда улицы заполняются шумным и вонючим транспортом. Используя измерители шума, умный дом может вовремя среагировать на изменение обстановки — закрыть окна, шторы, изменить режим работы вентиляции.
Помимо задач обеспечения комфорта, в ряде случаев системы вентиляции и анализа качества воздуха могут оказаться задействованы и в вопросах, имеющих отношение к безопасности. Многие дома оснащены различными приборами и устройствами, которые по своей природе уже выступают источниками опасности. Утечки газа и продуктов его сгорания, некорректная работа газовых плит и котлов, проблемы в каминах, дымоходах, разнообразные природные и техногенные катаклизмы могут приводить к повышенной концентрации в помещениях разнообразных вредных газов и могут даже угрожать жизни. Наиболее распространенным газом такого рода является угарный газ или моноксид углерода CO. Сам факт его присутствия в воздухе может говорить о наличии проблем в газовом оборудовании и необходимости срочного проветривания помещений. Детекторы и измерители концентрации моноксида углерода CO размещаются в тех местах, где появление этого газа наиболее вероятно. Получив сигнал от датчиков, система управления умным домом может открыть окна и включить на максимум подсистему вытяжной вентиляции, освобождая жилые помещения от этого опасного «гостя».
Аналогичным образом могут использоваться детекторы и измерители концентрации других опасных газов и органических испарений. К ним относятся, например, детекторы метана и радона. А вот дектекторы дыма и продуктов горения пластмасс могут извещать систему умного дома о признаках пожара. В таком случае она может наоборот — остановить систему вентиляции и закрыть все окна, чтобы замедлить горение и дать время на эвакуацию и принятие мер пожаротушения.
В отличие от комнатных датчиков и измерителей, которые всегда на виду и для которых важны даже такие параметры, как дизайн, технологические датчики как правило скрыты от взгляда пользователя, но их кличество в системе может даже превышать количество комнатных датчиков. Конструкция технологических датчиков практически полностью предопределяется их назначением и интерфейсом. Чаще всего такие датчики требуются для измерения температуры теплоносителя в трубопроводах и распределительных узлах систем отопления или кондиционирования.
Достаточно редко технологические датчики оснащаются каким-то модными беспроводными интерфейсами. Дело в том, что такие датчики являются неотьемлемой частью инженерных систем умного дома — трубопроводов, коллекторов и т.п. Эти системы так или иначе предполагают выделение специальных пространств для прокладки, а требуемые датчики монтируются одновременно с укладкой труб и вентилей. В такой ситуации одновременная прокладка проводов не является особой проблемой. Кроме того, технологические датчики могут располагаться в труднодоступных местах, а замена в них батареек может оказаться вообще невозможной после окончания монтажа системы.
В силу примитивности выполняемой задачи сами датчики, о которых идет речь, представляют из себя обычно довольно простые и недорогие приборы, содержащие какую-нибудь термопару, пружинный механизм и т.п. Для снятия показаний с таких датчиков используются аналоговые сигналы, передаваемые в соответствующие измерительные приборы (термостаты, ПИД-регуляторы и т.п.), которые могут располагаться на удалении десятков метров. Как правило, такие приборы (Analog to Digital Converter — ADC) отвечают за преобразование сигналов от множества разных датчиков, а далее, уже посредством цифровых интерфейсов (таких, как: KNX, Modbus или беспроводные) информация передается для обработки системами умного дома.