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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIA
FACOLTÀ DI INGEGNERIA
CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA INFORMATICA
STUDIO DI FATTIBILITÀ DI UN IMPIANTO DOMOTICO PER DISABILI:
INTEGRAZIONE DI UN IMPIANTO D’AUTOMAZIONE KNX CON BUS DI
CAMPO PER SENSORISTICA E VISUALIZZAZIONE
Relatore: prof. Francesco Leporati
Laureando: Chelli Corsini
Correlatore: prof. Francesco Palumbo
ANNO ACCADEMICO 2008/2009
1
PREFAZIONE
Questo documento è stato scritto come elaborato finale dell’attività di tesi nell’ambito
del corso di studi in Ingegneria Informatica LS dell’Università degli Studi di Pavia (sede
distaccata di Mantova).
Al suo interno viene analizzata la possibilità di installare un impianto domotico in una
struttura per disabili dell’ente ULSS20 di Verona, sottolineando i vantaggi che questo
impianto può offrire rispetto ad un impianto tradizionale, il risparmio energetico che si
può ottenere e i costi da affrontare per la sua realizzazione.
Nei primi capitoli vengono affrontati gli aspetti teorici degli impianti di automazione
domestica e dei sistemi domotici, introducendo i servizi che questi possono fornire ad
utenti diversamente abili.
Successivamente, viene analizzata l’abitazione, studiate le funzionalità che devono
essere offerte e progettato un efficiente sistema domotico.
Infine, vengono descritte le funzioni scelte per garantire un’alta efficienza energetica e
vengono riportati i costi che devono essere sostenuti per la creazione dell’impianto
progettato.
Lo svolgimento del progetto è stato reso possibile attraverso una collaborazione con il
Centro Polifunzionale Don Calabria, per quanto riguarda lo studio e la creazione
dell’impianto di automazione, e con l’azienda Home Innovation, per l’integrazione dei
diversi impianti presenti nell’abitazione in un unico sistema domotico.
Desidero ringraziare il professor Francesco Leporati dell’Università degli Studi di Pavia,
per avermi seguito in tutta la durata della tesi, il professor Francesco Palumbo
dell’Istituto Don Calabria, per avermi aiutato nella formazione sulle tecniche di
automazione domestica e nello svolgimento dell’attività progettuale, e l’ing. Giovanni
Grauso dell’azienda Home Innovation, per avermi guidato nell’integrazione dei diversi
impianti domestici.
Da ultimo, ma non per importanza, ringrazio la mia famiglia, la mia ragazza, i miei
amici e i miei compagni di corso, sempre presenti e sempre pronti a sostenermi nei
momenti di gioia e anche nei momenti di difficoltà.
Chelli Corsini Mantova, 29 aprile 2010
3
INDICE
PREFAZIONE .............................................................................................................. 1
1 INTRODUZIONE ..................................................................................................... 5
2 DOMOTICA ............................................................................................................. 9
2.1 Caratteristiche ..........................................................................................10
2.2 Vantaggi ...................................................................................................15
3 LA DOMOTICA COME SOLUZIONE PER I PORTATORI DI HANDICAP ...............18
4 STATO DELL’ARTE E BUS DI COLLEGAMENTO .................................................20
4.1 Metodologie di comunicazione .................................................................21
4.2 Sistema BUS ............................................................................................23
4.3 Topologie di rete ......................................................................................27
4.4 Principali standard di comunicazione per l’automazione domestica .........30
4.4.1 X-10 ...........................................................................................30
4.4.2 LonTalk ......................................................................................31
4.4.3 HBS – Home BUS System .........................................................33
4.4.4 BatiBUS .....................................................................................33
4.4.5 EHS – European Home System .................................................34
4.4.6 EIB – European Installation BUS ...............................................34
4.5 Protocollo ModBUS ..................................................................................42
5 PROTOCOLLO KNX – STANDARD MONDIALE PER LA DOMOTICA ..................44
6 TIPOLOGIE DI DISPOSITIVI ..................................................................................48
7 LA STRUTTURA ABITATIVA DA ANALIZZARE .....................................................53
8 ANALISI E PROGETTAZIONE DELL’IMPIANTO DOMOTICO ...............................54
8.1 Analisi della struttura ................................................................................54
8.2 Analisi delle funzioni .................................................................................57
8.3 Integrazione tra diversi protocolli ..............................................................63
8.4 Scenari .....................................................................................................69
8.5 Logica di funzionamento dei dispositivi ....................................................73
8.6 ETS ..........................................................................................................79
4
8.7 HI System ............................................................................................... 88
9 SOLUZIONI ADOTTATE PER L’EFFICIENZA ENERGETICA DELL’EDIFICIO ..... 98
10 ANALISI DEI COSTI DI REALIZZAZIONE E MANUTENZIONE ......................... 101
11 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI ................................................................ 104
12 GLOSSARIO ...................................................................................................... 107
13 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 109
5
1 INTRODUZIONE
Il secolo scorso è stato protagonista di una forte evoluzione tecnologica che ha
portato alla creazione di oggetti fino ad allora impensabili da concepire e realizzare. Le
conoscenze scientifiche erano infatti molto limitate e le condizioni di vita non
permettevano certo di poter investire denaro e risorse nella creazione di nuove
apparecchiature. Si pensi alla reazione di una persona dell’Ottocento se gli fosse stato
proposto di scrivere un libro su una macchina da scrivere in grado di visualizzare i
caratteri digitati su uno schermo, salvarli in forma digitale su un supporto fisico e
permettere di correggere tutti gli errori prima di passare alla stampa su carta.
Probabilmente sul suo viso si sarebbe delineata un’espressione molto stupita, tipica di
chi non capisce di cosa si stia parlando o di chi stia cercando di mascherare i reali
sentimenti nei confronti di qualcuno (in altre parole ti sta prendendo per pazzo). Con il
passare degli anni la tecnologia si è sviluppata molto rapidamente portando alla
creazione di dispositivi sempre più evoluti, più piccoli e più economici, consentendo a
tutti di poter possedere nella propria abitazione apparecchi elettronici ormai diventati di
uso quotidiano, come forni a microonde, elettrodomestici, impianti video, impianti hi-fi e
personal computer. Di recente un ramo della scienza si sta occupando di trovare una
metodologia per poter permettere a tutti questi dispositivi di poter colloquiare tra loro,
utilizzando il computer stesso, o un dispositivo equivalente, come strumento di
controllo e di comando. Lo studio di queste tecnologie atte ad automatizzare tutte le
funzioni domestiche portando ad un miglioramento della qualità della vita prende il
nome di domotica.
Al secondo anno di Laurea Specialistica ho scelto di trasferirmi in Danimarca e
studiare per un semestre all’Engineering College of Aarhus, in una cittadina a poche
ore da Copenhagen. Quest’esperienza mi ha dato modo di fare amicizia con persone
provenienti da diverse parti del mondo e di poter mettere a confronto la mia cultura con
quelle degli altri paesi. Essendo in una facoltà di ingegneria, si è parlato spesso di
nuove tecnologie e in diverse occasioni si è entrati nell’argomento domotica. È da qui
che è nata l’idea della mia tesi. Fin da bambino sono sempre stato attratto dall’idea di
poter comandare i vari dispositivi elettronici di un’abitazione solamente parlando o
interagendo con un televisore. Ricordo ancora di un film in cui il protagonista
accendeva le luci e l’impianto stereo semplicemente parlando al televisore che
assecondava tutti i suoi desideri. In quegli anni una possibilità simile era pura
fantascienza. Poi, crescendo, ho realizzato che negli anni la tecnologia si è evoluta
moltissimo e, anche se non se ne sente parlare molto, ora è possibile avere un
impianto di questo tipo. Sempre durante la mia esperienza all’estero, alcuni ragazzi
6
provenienti da altri stati mi hanno raccontato che nei loro paesi gli impianti domotici
vengono sempre più spesso preferiti rispetto agli impianti tradizionali in quanto
permettono di aumentare il comfort e di risparmiare notevolmente sui costi di gestione
e di manutenzione. In alcuni paesi sono addirittura rari i casi in cui si costruisce una
nuova abitazione utilizzando un impianto tradizionale. Una volta rientrato in Italia mi
sono quindi messo a ricercare più informazioni a riguardo e a ricercare un possibile
progetto da sviluppare utilizzando questa tecnologia.
Sono entrato quindi in contatto con l’ente ULSS20 (Unità Locale Socio
Sanitaria) di Verona, un’istituzione nata per andare incontro al bisogno dei cittadini
fornendo loro una serie di servizi socio-assistenziali. Una delle aree in cui opera è
orientata all’integrazione delle persone disabili nella comunità in cui vivono, aiutandole
nello svolgimento di diverse attività, sia lavorative che di svago, e assistendole nella
vita di tutti i giorni. Per raggiungere tale obiettivo vengono utilizzate vere e proprie
strutture con funzioni che possono essere puramente assistenziali o anche di carattere
residenziale o semi-residenziale: uno di questi è l’istituto C.E.R.R.I.S. (Centro
Educativo Riabilitativo di Ricerca e di Intervento Sociale), situato sulla collina veronese
“Torricelle”, con un’ottima vista sul centro storico di Verona. Tale centro fornisce diversi
servizi orientati al sociale e tra questi offre sia accoglienza diurna che assistenza
residenziale a persone disabili. Attualmente una parte di tale centro è in fase di
ristrutturazione per poter consentire l’inserimento al suo interno di otto persone affette
da disabilità grave, assistite giorno e notte da uno o più operatori. L’ingegnere che si è
occupato della progettazione di questa modifica è l’ing. Corrado Salfa dell’ente
ULSS20 stesso. Per quanto riguarda l’impianto elettrico è stato scelto di utilizzare un
impianto tradizionale in quanto i pazienti ospitati sono affetti da disabilità gravi per cui
privi di propria autonomia e gli effettivi utilizzatori delle tecnologie della casa saranno
gli operatori che li assistono. Inoltre, le conoscenze nel campo domotico erano limitate
per cui è stato scelto un impianto di cui si conoscessero bene le caratteristiche, in
quanto sperimentato più e più volte.
In un incontro con l’ing. Salfa si è discusso di un possibile inserimento futuro di
persone affette da disabilità meno gravi che godono di parziale autonomia e che,
quindi, potrebbero trarre beneficio dalle funzioni offerte da un impianto domotico. Una
persona disabile può trovarsi di fronte a differenti ostacoli all’interno di un ambiente.
Una prima categoria di impedimenti è rappresentata dalle barriere architettoniche, che
possono essere eliminate molto semplicemente installando elementi in grado di
consentire anche all’utente disabile di poter usufruire dei vari servizi di cui si avvale
qualsiasi altra persona, come rampe di accesso o ascensori, maniglie e pulsanti
7
installati a livelli più bassi, ausili per bagni adeguati, ecc. Una seconda categoria è,
invece, rappresentata da quelle operazioni che richiedono di effettuare un certo sforzo,
fisico o mentale, come aprire una tapparella o ricordare una sequenza di azioni. Sono
operazioni che con l’impianto tradizionale sono difficili da realizzare, mentre attraverso
l’impianto domotico si può creare una sorta di automazione che consenta di eseguire
qualsiasi operazione, o sequenza di operazioni, attraverso la sola pressione di un
determinato pulsante. Si è, quindi, deciso con l’ing. Salfa di effettuare uno studio delle
possibili funzioni che possono essere offerte attraverso l’installazione di un impianto
domotico semplice, sottolineando i costi e il risparmio energetico in previsione di una
modifica dell’impianto dell’abitazione stessa per ospitare al suo interno disabili
parzialmente autonomi o di una futura creazione di una nuova abitazione. L’impianto
risultante non deve scostarsi molto dall’impianto tradizionale per cui le funzioni offerte
non devono essere troppo complesse. Si vuole infatti mantenere un costo di
installazione relativamente basso, creando però un sistema intelligente in grado di far
comunicare i diversi impianti tra loro per poter aumentare il comfort degli utenti
all’interno della propria abitazione. Grazie all’integrazione si possono così rendere
automatiche alcune operazioni che utilizzano dispositivi appartenenti ad impianti
diversi, come ad esempio l’accensione del riscaldamento (impianto di
condizionamento) in seguito alla rilevazione di una persona in una determinata stanza
(impianto d’allarme). È prevista comunque la presenza di un assistente all’interno della
struttura per cui non vi è la necessità di offrire servizi di teleassistenza, cioè di
assistenza remota da parte di altri operatori.
Per l’acquisizione delle competenze necessarie e per lo sviluppo del progetto
mi sono appoggiato al Centro Don Calabria di Verona, un istituto che si occupa da anni
della formazioni di studenti ed aziende che operano nel settore domotico, collaborando
con i migliori marchi nazionali e internazionali. Il professor Francesco Palumbo è
l’ingegnere dell’istituto che mi ha seguito per tutta la durata del progetto, aiutandomi
nel comprendere tutti i vantaggi e le utilità di questa tecnologia, fornendomi le
informazioni necessarie per poter sfruttare le basi teoriche per lo sviluppo del progetto
ed insegnandomi ad utilizzare correttamente il linguaggio di programmazione per
l’impianto d’automazione. Per quanto riguarda l’integrazione dell’automazione
domestica con gli altri impianti da inserire nella struttura, come l’impianto di sicurezza
antintrusione e quello audio-video, ho collaborato con l’azienda Home Innovation, che
mi ha messo a disposizione un sistema di loro creazione in grado di permettere la
comunicazione tra tutti i dispositivi dei diversi impianti. L’ing. Giovanni Grauso mi ha
fornito tutte le informazioni relative a questo sistema e mi ha permesso di utilizzare il
loro software di programmazione.
8
L’attività di progetto che viene esposta in questo elaborato consiste, quindi,
nello studio di fattibilità, ovvero nella realizzazione logica, di un impianto domotico nel
centro per disabili C.E.R.R.I.S.. Si inizia con una breve introduzione sulla domotica
illustrando caratteristiche e vantaggi di un impianto domotico per passare nel capitolo
successivo a sottolineare l’aiuto che esso può offrire se finalizzato all’assistenza di
persone anziane o disabili. Successivamente è proposta una panoramica sullo stato
dell’arte, evidenziando metodologie e protocolli di comunicazione. Il capitolo seguente
è dedicato alla descrizione del protocollo utilizzato per realizzare l’impianto
d’automazione e del software di programmazione dei dispositivi. Infine, prima di entrare
nel vivo del progetto, si elencano brevemente le diverse tipologie di apparecchiature
usate. Dopo una parte introduttiva, il capitolo 8 è interamente dedicato allo sviluppo
del progetto. Si parte con un analisi della struttura in cui si vuole inserire l’impianto
domotico, evidenziando le caratteristiche funzionali di ciascuna stanza. Si prosegue
con un’accurata analisi di tutte le funzioni che devono essere offerte, raggruppate per
categoria. Poi, si descrivono i differenti impianti che si vogliono integrare nel sistema
domotico grazie alla piattaforma dell’azienda Home Innovation. Successivamente, si
descrive cosa rappresenta uno scenario e la sua importanza in questo progetto,
descrivendo alcuni scenari di base scelti per essere implementati. Il passo successivo
è stato l’analisi della logica di funzionamento dei diversi dispositivi, per poter poi
programmare il sistema generale in modo corretto e rendere il sistema funzionante. Si
passa, quindi, prima alla programmazione dell’impianto d’automazione e
successivamente dell’impianto domotico risultante. I successivi due capitoli mostrano il
risparmio energetico che si ottiene grazie ad un impianto domotico di questo tipo e
l’analisi dei costi che devono essere sostenuti. Si conclude, quindi, con l’analisi del
lavoro eseguito ed una descrizione dei possibili miglioramenti che si potrebbero
eventualmente effettuare. Alla fine dell’elaborato è presente, inoltre, un piccolo
glossario.
9
2 DOMOTICA
Il termine domotica nasce da un neologismo francese, “domotique”, unione
della parola greca “domos” e quella francese “informatique”. Essa sta ad indicare,
infatti, lo studio dell’applicazione dell’informatica e delle nuove tecnologie in ambito
domestico, al fine di migliorare apparati e prodotti già esistenti e di fornire e integrare
un maggior numero di servizi di utilità domestica.
In parole più semplici, la domotica è la scienza che studia l’automazione degli
edifici: questa è resa possibile attraverso l’utilizzo di un insieme di dispositivi dotati di
intelligenza propria che si scambiano messaggi al fine di poter eseguire in modo
automatico una o più operazioni. Si provi a pensare ad esempio ad una gestione
automatica della luminosità all’interno dell’abitazione, regolata automaticamente
attraverso l’apertura delle tapparelle durante le ore del giorno e la regolazione dimmer
dei punti luce (cioè la regolazione graduale dell’intensità luminosa delle luci) qualora la
luce solare non fosse sufficiente a raggiungere il valore di luminosità preimpostato.
Appartiene, quindi, al campo della domotica tutto ciò che in una casa è automazione
ed è programmabile grazie all’elettricità. Viene utilizzata l’informatica per integrare tutti
gli impianti a comando elettrico in un unico sistema di gestione globale in grado di
migliorare lo stile di vita degli abitanti e rendere la casa più confortevole, sicura ed
efficiente.
La domotica trova le sue radici nell’automazione industriale. Tutte le aziende di
medie o grandi dimensioni sono portate a standardizzare i processi produttivi per
poterli poi rendere automatici al fine di aumentare la produzione e la qualità dei prodotti
diminuendo i costi in maniera significativa. La domotica adatta gli stessi meccanismi di
controllo delle aziende a contesti domestici, caratterizzati da processi molto più
semplici dei precedenti.
In base alla tipologia di edificio a cui la domotica viene applicata si identificano
due macrocategorie, Home Automation e Building Automation. Si parla di Home
Automation quando l’automazione riguarda il singolo appartamento o comunque
un’abitazione non molto estesa che richiede, quindi, una gestione automatizzata di tutti
i dispositivi presenti all’interno della casa al fine di aumentare le prestazioni del
sistema. Oltre ai servizi base che offre un impianto domotico, cioè quelli relativi agli
impianti elettrici e tecnologici, esso deve essere in grado di fornire ulteriori servizi,
come, ad esempio, funzioni di intrattenimento e svago per migliorare il comfort
all’interno delle mura domestiche. Per questi motivi il sistema deve essere in grado di
“colloquiare” con l’utente e di saper soddisfare ogni sua esigenza in tempo reale. La
10
Building Automation, invece, si occupa di applicazioni più estese e complesse che
interessano un intero edificio, come ad esempio, alberghi, teatri, musei e università. In
questo caso i diversi tipi di servizi che l’impianto deve offrire vengono definiti a priori al
momento dell’installazione e riguardano funzionalità semplici come la gestione del
risparmio energetico, il controllo degli accessi e la sicurezza dell’edificio. Il sistema di
automazione risulta, quindi, meno articolato rispetto al precedente, ma con una
complessità direttamente proporzionale all’ampiezza dell’edificio.
Quando un’abitazione è dotata di un sistema domotico in grado di integrare il
sistema di automazione domestica con gli altri sistemi presenti nell’abitazione, come gli
impianti di sicurezza e quelli dedicati all’intrattenimento audio-video, si può parlare di
casa intelligente o di gestione intelligente dell’edificio.
2.1. Caratteristiche
I dispositivi utilizzati nella domotica devono rispecchiare la qualità e la facilità
d’uso degli oggetti utilizzati abitualmente dalle famiglie. Il sistema risultante deve
essere infatti sicuro e semplice da utilizzare, in modo che qualsiasi utente possa
sfruttare al massimo le potenzialità dell’impianto senza doversi preoccupare di
incombere in eventuali pericoli. Si evidenziano qui di seguito i principali fattori che
distinguono un sistema domotico da un impianto tradizionale.
Un primo requisito di un impianto domotico è l’affidabilità: il sistema domotico
deve funzionare in ogni momento senza richiedere particolari attenzioni per la
risoluzione dei possibili guasti. In presenza di un errore, il sistema deve essere in
grado di riconoscere l’origine di tale problema, trovare un’alternativa per far proseguire
tutte le attività in corso, anche se con funzionalità ridotte, segnalare il guasto all’utente
e, se necessario, segnalarlo anche a un operatore che, attraverso la telegestione o
l’intervento sul campo, provvede a rimettere in funzione l’impianto. Un guasto che
riguarda, invece, un problema esterno al sistema, come ad esempio l’interruzione
dell’energia elettrica, è risolvibile solo nel caso in cui l’impianto sia stato progettato
adeguatamente per sopravvivere anche a queste condizioni (nell’esempio sopracitato
deve essere presente una batteria oppure un gruppo di continuità). Nell’impianto
tradizionale, un problema potrebbe causare il blocco dell’intero sistema, rendendo
necessario l’intervento di un tecnico per ripristinarne il funzionamento.
Un altro punto di forza dei sistemi domotici è l’utilizzo di un’intelligenza
distribuita: ogni singolo dispositivo è dotato di un proprio microprocessore e di un
proprio programma, per cui l’eventuale malfunzionamento del componente stesso
11
coinvolge solo le funzioni ad esso associate. Si parla di funzione al plurale in quanto
molti di questi dispositivi sono plurifunzionali: questo significa che, in base alla
configurazione, essi possono svolgere funzioni che in un impianto tradizionale vengono
svolte da più dispositivi, portando, quindi, ad un risparmio sia sul numero di apparecchi
utilizzati che sul costo del cablaggio. Ad esempio, un unico sensore di presenza può
essere utilizzato per aprire una porta, per accendere una luce e per rilevare
un’intrusione. Per effettuare la stessa operazione con un impianto tradizionale, si
dovrebbe ricorrere ad una duplicazione dei cavi e dei dispositivi con un conseguente
aggravio dei costi. Inoltre, se si volessero modificare le funzioni che i dispositivi devono
offrire, nell’impianto domotico è necessaria la sola riprogrammazione del singolo
dispositivo attraverso un apposito software, senza dover modificare tutto l’impianto (ad
esempio, si può dire ad un pulsante di accendere la luce della cucina anziché quella
del salotto solamente cambiando la configurazione software del pulsante, senza dover
andare a cambiare il cablaggio o le apparecchiature), contenendo così i costi in
maniera significativa e rendendo più veloce il cambio della configurazione.
Nell’impianto tradizionale, al contrario, le funzionalità degli impianti sono realizzate con
collegamenti fisici e ogni modifica richiederebbe un rifacimento più o meno impegnativo
del cablaggio.
Il cablaggio di un impianto domotico è infatti molto più semplice rispetto al
cablaggio tradizionale e permette di risparmiare fino al 60% dei costi. Questo è reso
possibile poiché i cavi di energia sono limitati al collegamento degli attuatori e delle
prese elettriche, mentre gli altri collegamenti possono essere effettuati con cavi di
piccola sezione. La riduzione della concentrazione di cablaggio porta ad una riduzione
del carico infiammabile e, quindi, ad un considerevole miglioramento della sicurezza.
Inoltre, si ha una notevole riduzione del fenomeno elettromagnetico e, siccome i
dispositivi di comando non sono alimentati dalla tensione di rete, si evita la possibilità
di un contatto diretto con le linee di potenza (la “scossa elettrica”). Per lo stesso motivo
è possibile posizionare i diversi dispositivi di comando anche in zone non consentite
con l’impianto tradizionale (ad esempio, in alcune zone del bagno). Nel caso di un
impianto tradizionale, i cavi utilizzati sono tutti cavi di potenza, per cui ci si trova di
fronte a costi maggiori sia per quanto riguarda i cavi stessi che per la predisposizione e
la manodopera. Inoltre, dato l’utilizzo di una maggiore quantità di cavi, è richiesta una
maggiore protezione contro il carico infiammabile.
Un ulteriore fattore importante da sottolineare è il fattore costo. In un impianto
domotico si deve affrontare un costo iniziale maggiore di quello di un impianto
tradizionale poiché si devono acquistare dispositivi più complessi e, di conseguenza,
12
più costosi. Successivamente però, si ha una notevole riduzione sia nei costi da
sostenere per effettuare una modifica al sistema che nei costi di esercizio. Come già
visto, infatti, se si vuole aggiungere un nuovo dispositivo al “vecchio” impianto
domotico, o effettuare una piccola variazione dei servizi offerti, deve essere fatta
solamente una piccola modifica software. Inoltre, l’impianto domotico consente di
focalizzare l’attenzione sugli utenti e di risparmiare nei costi ottimizzando al massimo le
funzioni offerte. Per capire meglio questo concetto si provi a pensare ad una situazione
nella quale l’impianto, tramite i rilevatori di presenza, monitori costantemente la
posizione dell’utente e, se questo resta per più di venti minuti nella stessa stanza,
provveda a spegnere le luci dimenticate accese negli altri locali e ad abbassare la
potenza del riscaldamento nelle stesse. Oppure ad un’altra situazione in cui l’impianto
domotico rilevi l’apertura di una finestra e, anche in questo caso, provveda ad
abbassare la potenza del riscaldamento per evitare inutili sprechi di calore. In un
impianto tradizionale queste operazioni sono molto difficili da compiere, se non
impossibili. Si avrebbero costi iniziali minori ma poi, se dovessero essere apportate
modifiche, bisognerebbe passare ad una ridefinizione dell’impianto, con nuovi cablaggi
e nuove opere murarie. Si pensi, ad esempio, all’aggiunta di un nuovo interruttore per
aprire una serratura. Questo comporterebbe un nuovo cablaggio per portare il segnale
dall’interruttore fino al comando di apertura della porta. Nel caso in cui questa
operazione fosse fatta su un edificio d’epoca essa sarebbe ancora più costosa e
delicata per non rovinare l’estetica dell’edificio. Con un impianto domotico, invece,
questa operazione sarebbe molto più semplice. Inoltre, i comandi possono essere
installati con collegamento in radiofrequenza in modo da poterli apporre sulla parete
senza dover aggiungere cablaggi. Così facendo sarebbe possibile recuperare spazi da
sfruttare poi per nuovi cablaggi.
Infine, la caratteristica fondamentale che differenzia i sistemi domotici da quelli
tradizionali è l’integrazione. Nella progettazione tradizionale (vedi Figura 1) coesistono
impianti diversi ed indipendenti che non sono in grado di colloquiare ed interagire tra
loro. Questo implica che per offrire un determinato servizio utilizzando dispositivi
differenti è necessario ricorrere ad una duplicazione dei cavi utilizzati. Inoltre, non è
possibile creare funzionalità che interessano dispositivi appartenenti a sistemi diversi.
13
Figura 1: impianto tradizionale
Al contrario, i sistemi domotici (vedi Figura 2) permettono di ottenere un unico impianto
in cui tutti i dispositivi sono collegati da un solo cavo e sono in grado di scambiarsi
qualsiasi informazione. In questo modo, si riescono ad offrire all’utente servizi migliori,
garantendo loro maggior sicurezza e maggior comfort.
Figura 2: impianto domotico
La realizzazione di uno scenario è l’esempio più significativo. Lo scenario è una
sequenza di istruzioni, semplici o complesse, che consente di eseguire un insieme di
operazioni ripetitive attraverso un solo comando. Si riporta qui di seguito l’esempio di
un possibile scenario che ha la finalità di mantenere una certa luminosità e una
determinata temperatura all’interno di quelle stanze in cui viene rilevata la presenza di
una persona. Per prima cosa viene fatta un’integrazione tra luce naturale ed artificiale,
regolando la prima con tapparelle motorizzate e la seconda con comando dimmer. Poi,
14
grazie all’integrazione con gli altri sistemi, l’impianto domotico è in grado di interagire
con l’impianto di sicurezza per rilevare la presenza di persone e con l’impianto di
riscaldamento/condizionamento per mantenere la temperatura desiderata. Uno
scenario di questo tipo si può realizzare anche con le tecniche tradizionali, ma ci
sarebbero molte più complicazioni e costi più elevati. Inoltre, se in seguito si volesse
modificare lo stesso scenario, per aggiungere ad esempio nuove funzionalità, quasi
sicuramente bisognerebbe rifare tutto il lavoro. Con l’impianto domotico tale
cambiamento può essere invece effettuato molto semplicemente attraverso la modifica
software dello scenario.
Figura 3: differenza tra il cablaggio tradizionale e il cablaggio intelligente
Si è visto che l’impianto domotico offre molti più servizi rispetto a quello
tradizionale ma, dati i costi iniziali di investimento e lo scetticismo delle persone
riguardo le nuove tecnologie, questo sistema fatica ancora a prendere piede nel nostro
paese. La maggior parte delle persone preferisce restare legata a dispositivi già
conosciuti e garantiti. Così, nel caso di un guasto, è possibile chiamare un qualsiasi
elettricista che provvede subito alla sostituzione dell’apparecchio con costi contenuti.
Con un sistema domotico, invece, l’utente dovrebbe innanzitutto cercare un installatore
in grado di utilizzare questa tecnologia e, una volta installato l’impianto, chiedere
informazioni su come utilizzarlo al meglio per sfruttare tutte le potenzialità che offre.
Inoltre, al verificarsi di un guasto non risolvibile automaticamente dal sistema o
dall’utente, quest’ultimo dovrebbe sempre recarsi da un installatore specializzato. Negli
ultimi anni, grazie alle nuove tecnologie, si è visto un notevole incremento di dispositivi
intelligenti con un conseguente decremento del costo unitario e, indirettamente, un
buon incremento di installatori in grado di operare in questo settore. Inoltre, la
15
possibilità di interagire con l’impianto domotico attraverso internet per poter comandare
il sistema direttamente dal lavoro o da altri luoghi (ad esempio, per accendere il
riscaldamento in anticipo in modo da trovare l’abitazione alla temperatura desiderata al
proprio rientro) favorisce ancora di più lo sviluppo di questa tecnologia. È previsto che
nei prossimi anni la casa domotica prevalga sempre di più sui vecchi impianti e, a
dimostrazione di questo, si possono portare esempi di moltissime costruzioni importanti
già realizzate con il sistema domotico, come la sede principale del distributore PUMA
di Herzogenaurach, parte dell’aeroporto Ben Gurion di Israele, il parlamento di Helsinki
e l’ufficio della cancelleria federale di Berlino.
2.2. Vantaggi
Un impianto domotico ben configurato permette di ottenere alcuni importanti
vantaggi. Prima di tutto, con un sistema ben configurato si può ottenere un notevole
risparmio energetico. Per meglio spiegare come questo possa essere raggiunto si
riprende l’esempio accennato all’interno del capitolo scorso. Si è detto che l’impianto
domotico può gestire al meglio l'illuminazione all'interno di un edificio integrando le
movimentazione degli elementi oscuranti, come ad esempio le tapparelle, con la
regolazione dimmer dei punti luce. La situazione si può ottimizzare scegliendo
opportune logiche di funzionamento che consentano di aumentare il risparmio
energetico. Ad esempio, nel periodo estivo, si può ottenere un bilancio energetico
positivo attraverso l'oscuramento dell’interno dell’abitazione, al fine di ridurre
l'irraggiamento solare, e l’accensione delle luci anche durante le ore del giorno: così
facendo, è possibile ottenere un costo energetico decisamente inferiore a quello che si
otterrebbe utilizzando l’impianto di condizionamento. Abbinando il sistema domotico ad
un sistema di controllo dei consumi si riesce ad ottenere un buon equilibrio, attenuando
i picchi ed eliminando gli sprechi in modo significativo (si parla di risparmi dell'ordine
delle due cifre percentuali). Inoltre, è possibile istruire l’impianto al fine di non superare
mai la massima soglia di energia consentita dall’erogatore di quest’ultima (ad esempio,
posticipando l’accensione del forno se sono già attivi sia la lavatrice che la
lavastoviglie). Il risparmio può essere ancora più accentuato se si sceglie di affiancare
all’impianto domotico una fonte di energia rinnovabile, solare attivo, solare passivo,
eolico o fotovoltaico che sia.
Un secondo vantaggio che si può ottenere utilizzando un sistema domotico
riguarda la sicurezza. Tutti amano la sicurezza entro le pareti domestiche e pensare
che la casa sia sicura anche quando non è abitata. Con l’utilizzo di un impianto
domotico è possibile aumentare la sicurezza di un abitazione sia a livello ambientale
16
(safety) che a livello personale (security). I sistemi che hanno la funzione di garantire la
sicurezza ambientale agiscono al verificarsi di un problema fisico, come ad esempio
una fuga di gas o un incendio. La reazione del sistema può essere una segnalazione
acustica o luminosa sia all’interno che all’esterno dell’abitazione, un messaggio
preregistrato sul telefonino del proprietario o del servizio di vigilanza, o la risoluzione
effettiva del problema, come la chiusura dell’erogazione del gas o l’attivazione di
sistemi di spegnimento incendi. Sono già in commercio soluzioni integrate con controlli
di questo tipo. Ad esempio, si possono trovare cappe per la cucina che riconoscono
l’odore del gas e reagiscono attivando appositi allarmi, iniziando l’aspirazione e
avvisando l’utente via sms nel caso si verifichi una fuga. Nei locali in cui, invece, è più
probabile che si verifichino perdite d’acqua e allagamenti è possibile installare sensori
ad altezza pavimento, collegati alle elettrovalvole che gestiscono l’impianto di
distribuzione. L’altro tipo di sicurezza, quella personale, si può ottenere attraverso
l’installazione di un impianto anti-intrusione e la sua integrazione con il sistema
domotico per permettere, ad esempio, di rilevare ciò che accade in prossimità del
cancello attraverso la telecamera del videocitofono.
Gli ultimi anni hanno visto un utilizzo sempre maggiore di strumenti che, come il
telefono cellulare, sono una notevole fonte di inquinamento elettromagnetico, pertanto
si è sentita l'esigenza di ridurre il più possibile il cosiddetto elettrosmog. Il primo luogo
in cui si cerca di farlo è nella propria abitazione, in modo da sentirsi in un ambiente
sicuro almeno all’interno delle mura domestiche. La domotica fornisce un grande aiuto
anche in questa direzione, riducendo al minimo tale inquinamento e fornendo
informazioni utili a ridurne il possibile danno. Per prima cosa, il campo magnetico
derivante dalla corrente elettrica è ridotto drasticamente ed è reso presente solo
quando serve realmente: come si è già visto nel capitolo 2.1, infatti, tutti i dispositivi a
comando sono collegati con cavi sottili a bassissima tensione mentre i cavi di energia
sono presenti solamente qualora sia presente una presa o un attuatore. In secondo
luogo, le fonti inquinanti vengono dislocate il più lontano possibile dalle zone in cui
l’utente trascorre la maggior parte del proprio tempo. Infine, viene preferito l’utilizzo del
cablaggio via filo rispetto all’utilizzo delle onde radio. Quest’ultimo tipo di collegamento
è previsto solamente nei casi in cui ci sia la reale necessità di utilizzarlo, come nella
ristrutturazione di antichi edifici per evitare di dover apportare opere murarie, nella
creazione di abitazioni con pareti di vetro per poter apporre i dispositivi di comando
senza dover collegare alcun filo, oppure nei casi in cui sia il proprietario stesso
dell’abitazione a farne richiesta.
17
L’ultimo vantaggio importante da evidenziare riguarda il miglioramento della
qualità della vita che un sistema domotico può offrire, specialmente se orientato
all’assistenza di persone disabili. Infatti, l’autonomia di queste persone può essere
decisamente migliorata rendendo automatiche alcune operazioni e fornendo loro
strumenti adeguati per poter gestire l'edificio, come, ad esempio, interfacce per il
controllo vocale o semplici palmari. Inoltre, possono essere utilizzati servizi di
telesoccorso e di teleassistenza per consentire agli utenti di sentirsi al sicuro anche
senza la presenza fisica continua di un assistente. Per poter alleviare ancor più le
condizioni di debilitazione si possono realizzare strumenti che, da un lato permettano di
ridurre la fatica fisica e aumentare la mobilità, e dall'altro facilitino l'accesso ai mezzi di
comunicazione (ad esempio strumenti audio e video per la comunicazione a distanza
con altre persone) o più semplicemente svolgano un'azione di intrattenimento. Nel
prossimo capitolo si spiegherà meglio come queste tecnologie possano realmente
essere d’aiuto a persone non completamente autonome e, nel corso della tesi, si andrà
ad analizzare e progettare una reale struttura in grado di migliorare la qualità della vita
di persone disabili.
18
3 LA DOMOTICA COME SOLUZIONE PER I
PORTATORI DI HANDICAP
La tecnologia è in grado di offrire al giorno d’oggi una quantità di servizi in
continuo aumento, del tutto nuovi o decisamente migliorati rispetto a quelli del passato,
attraverso l’”implementazione” delle nuove conoscenze e attraverso l’uso di nuove
metodologie di comunicazione. Non a caso, l’attuale società viene chiamata "società
dell'informazione". Queste novità non potranno mai essere apprezzate da un abile
nello stesso modo in cui lo siano per un diversamente abile o per un anziano. Grazie
alla tecnologia, infatti, è possibile rimuovere, o perlomeno alleviare, i problemi che
queste persone devono affrontare quotidianamente. Una persona con una disabilità
agli arti superiori, ad esempio, è oggi in grado di scrivere un testo al computer
utilizzando un sintetizzatore vocale, che traduce il suono rilevato e lo salva in un file di
testo. L’evoluzione di questi anni ha interessato anche i computer stessi, permettendo
loro di offrire un interfaccia sempre più semplice ed intuitiva, rendendoli alla portata di
tutti. Offrendo alle persone disabili degli strumenti adeguati per superare il proprio
deficit, anche loro sono in grado di interagire con il computer e lo possono utilizzare per
cercare di ridurre le diverse barriere di esclusione e di differenziazione che si trovano di
fronte. Il compito di questi strumenti, definiti più propriamente ausili, è quello di rendere
più efficaci e comprensibili le azioni che la persona disabile compie per interagire con
l’ambiente che la circonda. Essi sono, quindi, apparati, più o meno complessi, che
ricevono segnali particolari dalla persona disabile e li ritrasmettono in modo più
comprensibile all’ambiente circostante, al fine di migliorare la qualità di vita e di
garantire alle persone più autonomia. Vengono distinti principalmente in ausili per
disabilità fisica e per disabilità intellettiva, o ritardo mentale. Nel caso di disabilità fisica,
l’ausilio è rappresentato da una sorta di protesi che permette all’utente di effettuare
determinate operazioni, come, ad esempio, aste applicate sulla fronte o sul mento che
permettono di premere i tasti del computer guidando i movimenti dell'asta stessa con il
solo movimento della testa o della bocca. Nel caso di ritardo mentale, invece, l’ausilio è
rappresentato dallo strumento di riabilitazione di cui si serve la persona che assiste il
disabile.
Per aiutare la vivibilità di un disabile all’interno di un’abitazione, il sistema
ausilio complessivo può presentare ingressi e uscite speciali per consentirgli di poter
gestire tutti i dispositivi elettrici ed elettronici della propria casa, quali ad esempio, luci,
televisioni, porte e finestre, in modo autonomo e intelligente. Attraverso l’utilizzo di un
solo computer o di dispositivi simili, come un palmare, un apparecchio Touch-Screen o
19
un telecomando, si permette all’utente di interagire con tutto l’impianto domotico,
garantendogli un pieno controllo dell’abitazione. L’utilizzo di quest’unica consolle di
comando per eseguire tutte le varie operazioni viene sfruttato sia per diminuire lo
sforzo fisico, altrimenti necessario per compiere alcune azioni, che per ridurre il
numero di operazioni da memorizzare, al fine di semplificare il più possibile la gestione
del sistema, consentendo l’automazione di azioni ripetitive e spesso disagevoli.
Un altro campo importante su cui si concentra la domotica nel caso di sistemi
per utenti disabili è quello della teleassistenza. L’obiettivo principale è quello di fornire
al disabile un’assistenza remota, garantendogli assoluta sicurezza senza la presenza
di un assistente fisico nell’abitazione e di renderlo più autonomo, fornendogli una serie
di servizi gestiti in modo remoto. Si possono così tenere sotto controllo le condizioni
psicofisiche dell’utente, gestendo le richieste d’intervento sanitario (medico di famiglia,
118 o farmacie), e controllare l’accensione e lo spegnimento del riscaldamento e di
tutte le diverse utenze elettriche. Un ulteriore livello di sicurezza viene raggiunto
attraverso il monitoraggio di parametri sanitari per verificare costantemente le
condizioni di salute, come, ad esempio, il controllo della pressione e del ritmo cardiaco.
L’impianto domotico può, inoltre, essere utilizzato per ricordare agli utenti di assumere
determinati farmaci, ad esempio, attivando un suono e facendo apparire una scritta sul
televisore di casa. Se l’utente considerato presenta notevoli difficoltà motorie si
possono utilizzare, inoltre, sensori di riconoscimento basati su RFID (identificazione a
radio frequenza) che rilevano la presenza di una persona ed eseguono delle
determinate azioni, come, ad esempio, l’apertura di una porta o l’accensione di una
luce.
Riassumendo, un sistema domotico può, quindi, fornire all’utente disabile un
supporto che gli permetta di poter decidere quali azioni compiere e quali lasciar gestire
al sistema stesso in assoluta sicurezza e tranquillità.
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4 STATO DELL’ARTE E BUS DI COLLEGAMENTO
Quando una nuova tecnologia si appresta ad entrare sul mercato, per essere in
grado di competere con le altre già presenti deve soddisfare tre requisiti fondamentali.
1. Deve utilizzare standard ben definiti e noti a tutti. L’uso di standard
universalmente riconosciuti permette all’utente di poter utilizzare prodotti di
diverse aziende offrendo, quindi, una maggiore libertà di scelta sia al
committente che al progettista.
2. Non ci deve essere alcun vincolo sull’uso degli standard. Utilizzare standard
che possano essere impiegati liberamente, anche quando sono di proprietà
intellettuale di un’azienda, garantisce che nessuno possa proibirne l’uso da un
momento all’altro, vanificando così gli investimenti già fatti, e consente ai diversi
costruttori di poterli adottare per le loro apparecchiature.
3. Deve esserci un consistente numero di aziende indipendenti che utilizzino tale
tecnologia nei loro prodotti. L’adozione di un unico standard da parte di un alto
numero di produttori ha quattro conseguenze positive:
a. Le aziende che producono i componenti elettronici per realizzare i vari
dispositivi sono invogliate ad effettuare maggiori investimenti tecnologici e a
migliorare costantemente il prodotto offerto.
b. Una maggior richiesta di componenti abbassa il loro costo unitario,
permettendo così ai clienti di risparmiare e ai produttori di dispositivi di
essere sempre più competitivi rispetto alle apparecchiature tradizionali.
c. La tecnologia si diffonde sempre più rapidamente consentendo di avere una
richiesta sempre maggiore e, di conseguenza, un maggior numero di
operatori del settore in grado di utilizzarla.
d. Il cliente è maggiormente garantito nell’investimento fatto, poiché il suo
sistema potrà evolvere nel tempo, grazie ad una sempre maggiore offerta di
dispositivi compatibili, e avrà la certezza dei ricambi anche negli anni a
venire.
Quando un sistema soddisfa tutti questi tre questi requisiti il sistema si dice aperto.
La principale motivazione per cui la domotica è entrata con fatica nel mercato,
oltre allo scetticismo di cui si è parlato precedentemente, è stata appunto l’assenza di
uno standard comune. Dispositivi creati rispettando le regole di un determinato
protocollo non potevano comunicare con dispositivi progettati per il funzionamento con
un protocollo differente. Alcune associazioni domotiche hanno deciso, quindi, di unire
21
le proprie forze e creare un unico standard mondiale aperto per Home e Building
Automation, che verrà descritto all’interno del capitolo 5 : il protocollo KNX.
4.1. Metodologie di comunicazione
Nella realizzazione di un impianto d’automazione, la comunicazione può essere
effettuata in diversi modi. I tre principali sistemi di comunicazione fanno uso di BUS, di
onde convogliate e di tecnologia a radiofrequenza, illustrati brevemente nelle prossime
pagine.
BUS
Il sistema BUS invia i comandi utilizzando un cavo dedicato, costituito da una
coppia di conduttori schermati e ritorti (twisted pair) che gli garantiscono un’immunità ai
disturbi molto elevata. Le istruzioni di controllo che vengono inviate possono
raggiungere alte velocità. Per controllare che non avvengano collisioni quando
vengono inviati i messaggi e per permettere di assegnare loro differenti livelli di priorità,
vengono utilizzati protocolli di controllo degli accessi al mezzo trasmissivo. Nel sistema
BUS, tutti i dispositivi del sistema restano costantemente in ascolto sul BUS e
provvedono ad inviare le informazioni solo quando gli viene richiesto. Tutte le
trasmissioni, infatti, sono causate da eventi esterni, come la pressione di un pulsante,
lo scadere di un timer o l’attivazione di un sensore.
Onde convogliate
Il sistema ad onde convogliate è caratterizzato dall’utilizzo della linea di potenza
per inviare i messaggi di comando e controllo. Una caratteristica fondamentale per
poter creare un sistema di questo tipo è che la rete elettrica sia caratterizzata da una
tensione sinusoidale, senza distorsioni e con tolleranze molto rigide (tensione fra fase
e neutro 230 V ± 10% e frequenza pari a 50 Hz ± 0,5 Hz). La comunicazione avviene
con modalità bidirezionale half-duplex e la velocità di trasmissione può raggiungere i
1200 bit/s. Anche in questo caso, lo stato naturale di ogni dispositivo è quello di essere
in ricezione. La trasmissione avviene modulando in frequenza i 50 Hz nominali di rete
con la tecnica SFSK (Spread Frequency Shift Keying). I simboli binari vengono tradotti
in segnali sinusoidali con durata identica ma con frequenza differente. Al momento
dell’invio, l’informazione binaria viene trasmessa sommando questi segnali alla
tensione di rete. Il dispositivo ricevente provvede, quindi, ad estrarre la sequenza di bit
dal segnale ricevuto. Se nell’ambiente sono presenti dispositivi elettrici non
22
adeguatamente protetti, questi possono produrre delle interferenze rendendo così
inefficace il sistema.
Radiofrequenza
Il sistema di comunicazione a radiofrequenza consente ai dispositivi di potersi
scambiare informazioni senza essere fisicamente collegati. Per questo motivo, esso
viene ampiamente utilizzato per ristrutturazioni di edifici d’epoca o per installazioni
nelle strutture con pareti di vetro. La trasmissione viene effettuata tramite una
modulazione di frequenza della portante radio. Per legge, alcune frequenze sono
riservate a trasmissioni a corto raggio, per cui i dispositivi di sicurezza ed antintrusione
operano ad una frequenza di 433,92 MHz, mentre quelli d’automazione comunicano ad
un frequenza compresa tra 868 e 868,6 MHz. Nei sistemi di automazione, le collisioni
vengono evitate utilizzando il protocollo predictive p-persistant CSMA (Carrier Sense
Multiple Access), che consente di ottenere eccellenti prestazioni anche in caso di
sovraccarico della rete.
Le principali caratteristiche dei diversi sistemi di comunicazione appena descritti
sono riassunte nella Tabella 1. È, inoltre, evidenziato l’utilizzo che ne viene fatto. I
sistemi ad onde convogliate sono utilizzati nei casi in cui si effettui una ristrutturazione
di un’abitazione o di un edificio e si voglia mantenere il cablaggio originario. Quelli in
radiofrequenza vengono invece utilizzati per ristrutturazioni di abitazioni o studi
professionali in cui non si vogliono fare ulteriori cablaggi, come ad esempio in uno
studio con pareti di vetro. Infine, nel caso di una nuova abitazione o di una grande
ristrutturazione si preferisce l’utilizzo di un sistema BUS. Guardando la tabella ancora
più nel dettaglio si può notare che il sistema BUS è quello con le caratteristiche migliori
ed è l’unico che non impone alcuna limitazione. Si può, quindi, affermare che, se non vi
sono vincoli da rispettare, il sistema che viene utilizzato per un impianto d’automazione
domestica è il sistema BUS.
23
Tabella 1: principali caratteristiche delle differenti metodologie di comunicazione
BUS ONDE CONVOGLIATE RADIOFREQUENZA
Affidabilità Ottima Buona Ottima
Immunità ai disturbi di rete
Ottima Scarsa Buona
Immunità ai disturbi radio
Ottima Ottima Sufficiente, monitorata
Facilità di installazione in impianti esistenti
Buona Ottima Ottima
Facilità di ricerca guasti
Ottima Ottima Ottima
Facilità di amministrazione
Ottima Ottima Ottima
Miglior campo applicativo
Nuovi edifici, ristrutturazioni estese e complesse
Ristrutturazione di edifici dove è difficoltoso ricablare
Ristrutturazione di abitazioni e studi professionali abitati
Requisiti di base
Cavo BUS Filtri per disaccoppiare il sistema dalla rete elettrica
Canale radio libero e senza interferenze
Limitazioni Nessuna limitazione
La trasmissione può essere alterata da possibili gruppi di continuità o raddrizzatori di rete. Non devono essere presenti altri sistemi di trasmissione con frequenza portante per la trasmissione di dati o informazioni in rete (ad esempio citofoni interni). Si può usare un solo ripetitore di segnale. Non garantisce sicurezza.
Gli ambienti devono essere permeabili alle onde radio
4.2. Sistema BUS
Un paragone che esprime bene l’idea del funzionamento dei sistemi BUS è
quello degli autobus. Entrambi eseguono la funzione di trasportatore, lavorano ad una
velocità ben definita, seguono determinati percorsi per raggiungere le destinazioni e
utilizzano determinati dispositivi per regolare il traffico al fine di evitare ingorghi che
potrebbero anche causare incidenti.
Il BUS può essere suddiviso in due categorie a seconda della tipologia di
arbitraggio. La prima tipologia, che prende il nome di BUS centralizzato, prevede
l’utilizzo di un dispositivo centrale a cui tutti gli altri apparecchi devono fare riferimento
per ogni operazione. Quando uno di essi deve inviare un messaggio è necessario che
richieda al congegno centrale l’autorizzazione a trasmettere (vedi Figura 4). Questa
24
metodologia consente di non avere problemi di collisioni (in quanto il dispositivo
centrale consente l’invio ad un solo dispositivo alla volta), ma presenta numerosi
svantaggi:
- un guasto al dispositivo centrale causa il blocco dell’intero impianto;
- il dispositivo centrale e i vari dispositivi devono scambiare messaggi tra loro
in continuazione;
- richiede spesso una elevata velocità di comunicazione per trasferire i
messaggi;
- richiede una tipologia di cablaggio ben definita per collegare tutti i dispositivi
a quello centrale;
- risulta difficile modificare l’impianto in caso di espansione, per cui, in fase di
creazione, è necessario sovradimensionare l’impianto.
Figura 4: architettura BUS a logica centralizzata
L’altra tipologia, il BUS decentralizzato, consente a ciascun dispositivo di poter
inviare liberamente un messaggio senza bisogno di alcuna autorizzazione (vedi Figura
5). Per evitare che avvengano collisioni, deve essere presente un opportuno protocollo
di comunicazione che consenta al dispositivo stesso di poter controllare che il BUS sia
libero prima di procedere all’invio. Il BUS decentralizzato risolve tutti gli svantaggi
causati dal sistema BUS centralizzato per cui è quello normalmente utilizzato negli
impianti d’automazione domestica.
25
Figura 5: architettura BUS a logica distribuita
Il sistema BUS permette di far comunicare tutti i dispositivi utilizzando un unico
cavo, consentendo così di ottenere un impianto in cui tutti i dispositivi possono
interagire, anche se appartengono a sistemi diversi (impianto d’illuminazione, impianto
di condizionamento, motorizzazioni). È importante però che i diversi sottosistemi
utilizzino lo stesso protocollo di comunicazione. Se così non fosse, essi si
ritroverebbero a parlare lingue diverse per cui non sarebbero in grado di dialogare
(vedi Figura 6).
Figura 6: comunicazione tra dispositivi che appartengono a BUS differenti
Al momento della scelta dell’impianto è preferibile, quindi, scegliere di utilizzare
sistemi che utilizzano un determinato protocollo standard, in modo da poterli poi
integrare con gli altri già presenti ed ottenere un sistema in cui tutti i dispositivi sono in
grado di scambiarsi informazioni (vedi Figura 7). Il sistema risultante può essere quindi
gestito e monitorato da un'unica postazione, che può essere un dispositivo di
supervisione Touch-Screen, un palmare o un personal computer.
26
Figura 7: comunicazione tra dispositivi che appartengono allo stesso BUS
Grazie all’utilizzo di una linea dedicata alimentata con bassissima tensione, il
sistema BUS consente di limitare il problema dell’inquinamento elettromagnetico.
Come già visto nei capitoli precedenti, infatti, nei sistemi tradizionali tutti i collegamenti
sono effettuati con i cavi utilizzati per trasportare l’energia. Negli impianti
d’automazione domestica, invece, la linea di potenza raggiunge solamente i dispositivi
interessati, come, ad esempio, le tapparelle (vedi Figura 8).
Figura 8: collegamento dei dispositivi in un sistema BUS
La topologia del sistema è caratterizzata da un’organizzazione in aree e linee
(vedi Figura 9). A ciascuna linea possono essere collegati un numero massimo di
dispositivi e ad ogni area possono appartenere un numero limitato di linee. Per
garantire e regolare il traffico tra linee ed aree diverse si utilizzano apparecchiature
particolari chiamate accoppiatori.
27
Figura 9: topologia di un sistema BUS
Al momento del collegamento di un nuovo apparecchio intelligente all’impianto
di automazione domestica, devono essere effettuate alcune configurazioni di base.
Innanzitutto, deve essere assegnato un indirizzo fisico locale a tale dispositivo capace
di identificarlo univocamente in tutta la linea. Da questo viene automaticamente
costruito l’indirizzo globale del dispositivo, valido in tutto il sistema, concatenando
l’indirizzo dell’accoppiatore di area con quello di linea e con quello locale. Ad esempio,
l’indirizzo 1.2.3 indica il terzo dispositivo presente sulla linea 2 dell’area 1. La seconda
operazione da compiere riguarda l’assegnazione delle funzioni che il dispositivo deve
realizzare e la modalità con cui le deve effettuare. Ad esempio, si può assegnare ad un
pulsante la funzione di accendere una lampadina o di comandare una tapparella e gli si
può ordinare di comportarsi come un pulsante o come un interruttore. Infine, l’ultima
parte della configurazione consiste nello specificare gli indirizzi dei dispositivi con cui
l’apparecchio deve comunicare. In altre parole, si deve effettuare il cablaggio logico del
sistema. Ad esempio, per permettere al pulsante 1.2.1 di comandare la lampadina
1.2.3, esso deve conoscere tale indirizzo.
4.3. Topologie di rete
È definita topologia di rete la modalità con cui vengono collegati tra loro i diversi
dispositivi. Le più importanti topologie utilizzate per la domotica sono il BUS, la stella,
l’albero e le maglie.
Topologia BUS
Nella topologia BUS tutti i dispositivi sono collegati da un unico cavo. Qualsiasi
messaggio trasmesso viene ricevuto più o meno contemporaneamente da tutti i
dispositivi ma viene letto solamente dai destinatari specificati al suo interno. Il BUS è
28
una tecnologia molto semplice per cui non presenta costi di cablaggio elevati. L’unico
problema che presenta è che un’eventuale rottura del cavo BUS può causare
l’isolamento di più dispositivi. Quando la lunghezza del cavo supera determinati valori,
per garantire una corretta comunicazione è necessario applicare ripetitori che
rigenerano il segnale. Dato che il percorso è unico, esso non richiede procedure per
scegliere l'itinerario migliore per permettere ai messaggi di raggiungere la
destinazione.
Topologia a stella
Nella topologia a stella tutte le comunicazioni passano attraverso un punto
centrale di connessione. Esso può così controllare sia i nodi che la quantità di
messaggi in circolazione nella rete, semplificando la gestione di tutto il sistema e
consentendo di individuare velocemente il possibile malfunzionamento di un
dispositivo. Inoltre, nel caso in cui avvenga la rottura di una connessione il guasto
mette fuori servizio un solo dispositivo. Questa topologia di rete permette di aggiungere
facilmente altri nodi e di creare strutture gerarchiche più complesse, denominate
topologie ad albero. Essa presenta però due limiti. Il primo è che nel caso di guasto o
malfunzionamento del nodo centrale tutta la rete va fuori servizio. Il secondo riguarda i
costi da sostenere se i collegamenti sono realizzati via cavo, che possono essere
molto elevati, sia per la grande quantità di materiale necessario che per l’opera di
cablaggio (dato che ogni dispositivo deve essere connesso al nodo centrale).
Topologia ad albero
Come accennato precedentemente, la topologia ad albero è un’evoluzione della
topologia a stella che consente di costruire sistemi molto complessi e che può essere
vista anche come una stella di stelle. I vantaggi di questa topologia sono che essa
semplifica i problemi di percorso (esiste un solo itinerario fra due nodi) e che contiene i
costi di cablaggio. Anche in questo caso, però, se si guasta un nodo, parte della rete
può essere isolata (vedi Figura 10).
29
Figura 10: possibile guasto in un sistema con topologia ad albero
Topologia a maglie
Nella topologia a maglie ogni nodo è direttamente connesso con molti altri
permettendo a due dispositivi di poter comunicare senza dover necessariamente
attraversare altri apparecchi. Questo rende il sistema molto affidabile. Infatti, se il
collegamento tra due nodi fallisce viene meno solo la funzione da esso assicurata e,
analogamente, se si guasta un dispositivo non sono più disponibili solo le funzioni ad
esso associate.
Figura 11: topologie di rete
30
4.4. Principali standard di comunicazione per
l’automazione domestica
La domotica si è affacciata sul mercato utilizzando differenti protocolli
proprietari che gli hanno impedito di diffondersi rapidamente. Alcuni tra questi protocolli
sono poi stati riconosciuti come standard in riferimento a determinate aree geografiche:
- X-10 e LonTalk sono standard americani;
- HBS è l’unico standard valido per tutto il Giappone;
- BatiBUS, EIB, EHS sono i tre standard europei.
Figura 12: principali standard di automazione domestica
4.4.1. X-10
X-10 nasce nel 1976 da un invenzione dell’ex manager Olivetti-USA Peter
Lasser che ha perseguito con successo lo studio della possibilità di utilizzare il normale
impianto elettrico di casa come supporto per la trasmissione di segnali. Lasser riuscì a
realizzare nella propria abitazione un sistema che consentisse di accendere luci ed
elettrodomestici mediante una centralina di gestione connessa alla rete domestica.
Esso prevedeva l’inserimento di codificatori/decodificatori tra i vari apparecchi da
comandare e l’impianto elettrico e l’utilizzo di un normale telecomando ad infrarossi per
inviare il segnale alla centralina, la quale lo inoltrava poi verso i vari dispositivi situati
anche al di fuori del raggio d’azione del telecomando. X-10 è definito sistema wireless
compatible, cioè compatibile al senza fili, poiché utilizza la metodologia delle onde
convogliate e consente connessioni anche con apparecchi che comunicano via etere. Il
principio che sta alla base di questo standard è molto semplice. Esso prevede
l’installazione di una sola centralina a cui fanno riferimento tutti i dispositivi, sia quelli
connessi fisicamente alla rete domestica e indirizzabili attraverso un proprio codice,
come lampade ed elettrodomestici, che quelli collegati tramite infrarosso o onde radio,
31
come telecomandi e telecamere. Tale centralina è inserita in una normale presa
elettrica o viene installata al posto di un interruttore di corrente mentre tra il dispositivo
da controllare e la rete elettrica a cui è connesso viene inserito un modulo X-10. È
possibile scegliere di utilizzare un computer come centralina ma questo deve essere
dotato di un’opportuna scheda elettronica e deve essere munito di un apposito
software di gestione che presenti un’interfaccia amichevole al fine di facilitare l’utente
nelle operazioni di configurazione. Per differenziare i simboli la portante usa il punto di
attraversamento dello zero da parte dell’onda sinusoidale di tensione a 60 Hz nel
passaggio dal semiciclo positivo a quello negativo o viceversa. I ricevitori sincronizzati
accettano la portante ad ogni punto di attraversamento dello zero (viene scelto questo
punto perché sulle linee elettriche è quello che presenta meno rumore e interferenza
da parte di altri dispositivi). Per ridurre gli errori sono richiesti due attraversamenti dello
zero per trasmettere i simboli binari per cui ogni bit necessita di un ciclo completo a 60
Hz, limitando così la velocità di trasmissione a 60 bit/s. Data la semplicità
d’installazione e la facilità di utilizzo dei diversi dispositivi di tale sistema, questo
standard ha avuto una rapida diffusione tale da essere tuttora ancora molto utilizzato,
sia negli stati americani che in quelli europei.
4.4.2. LonTalk
LonTalk è un protocollo per la realizzazione di sistemi BUS brevettato e
realizzato nel 1990 dall’azienda statunitense Echelon. Il compito di tale azienda è
quello di sviluppare componenti hardware, firmware e software per la costruzione di
un’unica rete, denominata LON (Local Operative Network). Tale sigla è stata coniata
per identificare le reti di automazione domestica e di costruzioni civili e differenziarla
dalle reti di computer, rappresentate, invece, dalla sigla LAN (Local Area Network). I
dispositivi che appartengono al network LON, chiamato anche network LonWorks,
comunicano tra loro utilizzando il protocollo LonTalk. Le applicazioni LonTalk sono nate
principalmente per l’utilizzo in ambito terziario e industriale e si sono in seguito
spostate nel settore domestico.
I nodi di un network LON sono dispositivi intelligenti composti da un’interfaccia
per la trasmissione/ricezione dei dati e da un circuito integrato che si occupa della
comunicazione in rete e della gestione dell’applicazione locale. Esso viene chiamato
Neuron Chip e viene costruito e commercializzato da grandissime aziende di livello
mondiale come Motorola, Cypress e Toshiba. Il Neuron Chip è caratterizzato dalla
presenza al suo interno di tre processori ad 8 bit con più di 10 kbyte di RAM ed
altrettanti di ROM. Il cuore del sistema è il protocollo LonTalk che è implementato
32
direttamente sul Neuron Chip, così da realizzare su un singolo chip un sistema di
controllo completo capace di supportare diversi mezzi di comunicazione: doppino
telefonico, cavi elettrici di potenza, cavo coassiale, fibre ottiche e wireless. In base al
mezzo utilizzato si possono ottenere differenti velocità di trasmissione: un segnale che
viaggia su una cavo di energia elettrica, ad esempio, arriva a velocità di circa 4.000
bit/s, mentre se venisse utilizzato un doppino telefonico di lunghezza limitata, la
velocità potrebbe raggiungere 1.250.000 bit/s. Se alcuni nodi necessitano di una
maggiore potenza di calcolo, il Neuron Chip viene utilizzato come co-processore
collegato ad un secondo processore (vedi Figura 13).
Per accedere ad una rete LON, il protocollo LonTalk prevede quattro tipi di
indirizzamento. L’indirizzo fisico è composto da 48 bit e viene assegnato al dispositivo
al momento della sua fabbricazione. Nella fase di installazione a ciascuno di essi viene
assegnato un indirizzo logico, il quale è suddiviso in tre parti: domain ID, che è
utilizzato per identificare tutti i nodi di un dominio, subnet ID, che rappresenta, invece,
un sottoinsieme di dispositivi appartenenti allo stesso dominio, e node ID, che identifica
il singolo dispositivo. Ciascun nodo può entrare a far parte di un gruppo ed assume,
quindi, anche un indirizzo di gruppo. Infine, è presente l’indirizzamento broadcast, che
viene utilizzato per inviare i messaggi a tutti i dispositivi di una sottorete (subnet
broadcast) o dell’intero dominio (domain broadcast).
Figura 13: schema interno di un dispositivo LON
Ciascun nodo collegato alla rete LON è programmato in modo da inviare
messaggi ad uno o più nodi in seguito ad un cambiamento di stato o al verificarsi di un
evento programmato. Gli indirizzi dei destinatari di un cambio di stato sono codificati
all’interno del Neuron Chip e la notifica del cambio viene fatta nella costruzione dei
sistemi di controllo. Per fare un esempio del funzionamento di un nodo, si può pensare
ad un termostato che, quando rileva una temperatura inferiore al valore limite
impostato, invia un segnale all’unità di controllo della caldaia, che agisce di
conseguenza in base alla sua programmazione interna.
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Per sviluppare un network LON, Echelon ha sviluppato una serie di componenti
software. Tra questi si può trovare la LonBuilder Development Station che permette ad
ogni utente di configurare un network, di analizzarne il funzionamento e, se fosse
necessario creare un applicazione specifica, di programmare i Neuron Chip dei
dispositivi. Quest’ultima operazione viene effettuata utilizzando il compilatore Neuron
C, tramite il quale è possibile effettuare la programmazione, utilizzando il linguaggio C,
e localizzare eventuali errori. Il sistema si completa con il Lonworks Network Service
(LNS), un potente sistema operativo di rete, sviluppato da Echelon per l’ambiente
Windows, che permette l’installazione, la configurazione, il monitoraggio e il controllo di
tutta la rete LON. LNS si occupa della comunicazione con i diversi dispositivi della rete
e fornisce un’interfaccia software che permette alle applicazioni di produttori differenti
di interagire con la rete LON in modo semplice e ben definito.
In Italia il protocollo LonTalk viene utilizzato da ENEL per il sistema di telelettura
dei nuovi contatori digitali ed utilizza la linea di potenza per monitorare i consumi dei
singoli utenti o per modificare le tariffe.
4.4.3. HBS – Home BUS System
HBS è il protocollo creato nel settembre 1988 da un consorzio di società
giapponesi (Electronic Industries Association of Japan) per garantire la compatibilità tra
tutti i prodotti giapponesi di Home Automation. Si tratta di un protocollo standard per lo
sviluppo di dispositivi domotici, che vengono poi connessi tra loro attraverso l’uso di
due cavi coassiali e da otto coppie di fili intrecciati (twisted pair). Il sistema che viene a
formarsi consente di comandare i vari dispositivi attraverso un controllo che può essere
sia centralizzato che distribuito, con particolare attenzione alla gestione dei dispositivi
audio-video. L’impianto viene infatti predisposto per un facile accesso ai servizi esterni
alla casa, come l’e-procurement via TV (acquisto di merci eseguendo l’ordine
direttamente dal televisore), l’e-learning (apprendimento a distanza) e la telemedicina.
4.4.4. BatiBUS
Nel 1989 importanti aziende europee si riuniscono nel BatiBUS Club
International con l’obiettivo di realizzare e diffondere prodotti basati su un unico
standard. Tale associazione dà presto vita al primo vero sistema a BUS europeo,
basato su un protocollo denominato appunto BatiBUS. La caratteristica principale di
questo standard è l’estrema facilità di installazione degli apparati, ciascuno dei quali
risulta telealimentato direttamente dal BUS ed è individuabile mediante un
34
indirizzamento univoco. Il mezzo di comunicazione utilizzato è il doppino telefonico
intrecciato, eventualmente schermato per eliminare i possibili disturbi, e la rete del
sistema finale può avere una qualsiasi topologia, facilitando eventuali ampliamenti del
sistema. Può essere inoltre possibile utilizzare altri mezzi di comunicazione, come
l’infrarosso, le onde radio e le onde convogliate, interfacciandoli opportunamente con il
doppino.
4.4.5. EHS – European Home System
Lo standard EHS viene creato nel 1987 da EHSA (EHS Association), ovvero da
una collaborazione tra i maggiori produttori europei di sistemi d’automazione domestica
e le agenzie governative, per definire la modalità con cui dispositivi elettrici ed
elettronici, presenti sia all’interno che all’esterno di un’abitazione, devono comunicare
tra loro. La finalità primaria è quella di garantire la comunicazione tra tutte le
apparecchiature presenti in una rete domestica o in un piccolo ufficio. Non si tratta,
quindi, di un network o di un nuovo sistema BUS, ma solamente di una predisposizione
dei vari apparecchi per poter essere integrati su impianti già esistenti. La caratteristica
più importante del sistema è rappresentata dalla funzione Plug & Play, cioè dalla
possibilità di collegare alla rete un nuovo dispositivo senza particolari necessità di
configurazioni iniziali. I mezzi di trasmissione che si possono utilizzare sono il doppino
telefonico, le onde convogliate, il cavo coassiale, le onde radio e i raggi infrarossi e la
topologia della rete è differente a seconda del mezzo trasmissivo scelto. Ogni sezione
della rete permette di indirizzare fino a 256 terminali permettendo così di collegare un
grande numero di dispositivi. EHS è dotato, inoltre, di un servizio sviluppato per fornire
robustezza al sistema contro possibili errori di comunicazione, apparecchi
malfunzionanti o rilocazioni casuali. Esso amministra, infine, l’inizializzazione del
sistema e la riconfigurazione dopo la perdita di energia o il riposizionamento delle
unità.
4.4.6. EIB – European Installation BUS
L’EIB è un protocollo di comunicazione per sistemi BUS promosso a partire dal
1990 dall’associazione di produttori EIBA (EIB Association) per soddisfare le esigenze
legate all’automazione di abitazioni ed uffici. L’obiettivo che EIBA si era data era quello
di promuovere un sistema unico per l’installazione elettrica. I prodotti marchiati con il
simbolo EIB sono oggi garantiti come compatibili ed interoperabili fra di loro e, quindi,
possono coesistere nel sistema anche se provenienti da costruttori differenti.
35
Le attività principali dell’EIBA sono stabilire le prescrizioni relative al prodotto, lo
standard qualitativo e le procedure di verifica, rilasciare le licenze del marchio,
partecipare alla stesura delle normative nazionali ed internazionali e contribuire ad
emanare le disposizioni sulle certificazioni e sui centri di formazione. Il risultato di tutto
questo è la capacità di fornire una serie di prodotti che possano garantire,
indipendentemente dal costruttore, un elevato standard qualitativo ed una totale
compatibilità dei prodotti. Nell’impianto realizzato con il sistema EIB tutti i componenti
devono poter colloquiare tra loro, scambiandosi comandi, segnalazioni e tutti gli altri
parametri utilizzando un unico conduttore bipolare, la linea BUS. Dopo aver collegato
tutti i dispositivi a tale cavo si deve procedere alla configurazione delle funzionalità
dell’impianto e per fare ciò viene utilizzato il software ETS (Engineering Tool Software).
Il sistema EIB è un sistema BUS decentralizzato in cui ogni dispositivo è dotato
di una parte intelligente che contiene al suo interno tutte le informazioni necessarie per
assolvere ai compiti per cui è stato programmato. Tali informazioni sono il nome del
dispositivo (ovvero l’indirizzo fisico) e le funzioni che esso deve svolgere (cioè la
risposta alle domande “che cosa deve fare?” e “con chi lo deve fare?”).
Per poter funzionare, l’impianto EIB necessita della presenza dei seguenti
dispositivi:
- uno o più alimentatori da 24V CC collegati al BUS (ciascuno di essi può
alimentare fino a 64 componenti);
- uno o più dispositivi di ingresso per permettere il collegamento a sensori,
tastiere, pulsanti, ecc.;
- uno o più dispositivi di uscita, cioè attuatori per comandi di tipo on-off o
dimmer di luci, motori, elettrovalvole, ecc;
- il cavo BUS di collegamento.
Viene effettuata di seguito un’accurata descrizione del protocollo EIB in quanto
è ciò che sta alla base dello standard KNX.
L’alimentatore dell’impianto è provvisto di circuiti di regolazione di corrente e di
tensione per essere protetto contro eventuali corto circuiti ed è, inoltre, capace di
sopperire ad eventuali interruzioni di rete, purché inferiori a 100 ms. Tutti i dispositivi
possono funzionare correttamente con una tensione minima di 21V CC ed assorbono
una potenza inferiore a 150-200 mW ciascuno. In caso di impianti con una
concentrazione di più di 30 dispositivi entro una distanza di 10 m, l’alimentatore deve
essere situato nelle immediate vicinanze. Una linea può essere supportata da un
secondo alimentatore che deve distare dal primo almeno 200m. Tutti i dispositivi sono
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collegati attraverso una sola linea BUS per cui l’alimentazione ed i comandi
condividono lo stesso supporto. Questo implica che sia l’alimentatore che i dispositivi
devono essere in grado di estrarre i messaggi dal segnale in arrivo.
Il mezzo trasmissivo è un cavetto schermato con due coppie di conduttori
attorcigliati, di cui il rosso e il nero vengono utilizzati per il BUS, mentre il giallo e il
bianco sono due cavi ausiliari che possono essere utilizzati per altri scopi, evitando
così di fare ulteriori cablaggi (vedi Figura 14).
Figura 14: cavo BUS EIB
L’informazione viene trasmessa su una coppia di conduttori in modo
simmetrico: uno trasmette il segnale effettivo, l’altro trasmette lo stesso segnale
invertito di 180° (vedi Figura 15). Così facendo, l’eventuale disturbo è presente in modo
identico, cioè con la stessa polarità, su entrambi i conduttori, per cui viene ad essere
eliminato dal circuito di ingresso del dispositivo.
Figura 15: trasmissione simmetrica dei dati sui due conduttori del cavo BUS
Il cavo BUS dispone di un isolamento a 4 KV tra i conduttori interni e la guaina
esterna e, quindi, può essere posato anche nelle stesse canaline dei conduttori di
potenza. Attraverso l’utilizzo di un morsetto esso può essere, inoltre, interrotto e
connesso in parallelo per effettuare connessioni con qualunque geometria possibile (a
BUS, a stella, ad albero, ecc.). Questa circostanza facilita sia l’installazione che le
eventuali modifiche ed ampliamenti, essendo possibile interrompere in qualunque
punto il cavo BUS ed effettuare una derivazione o una prolunga per aggiungere altri
dispositivi.
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Per adattare EIB ad impianti di grandi dimensioni la struttura è organizzata
gerarchicamente. L’unità più piccola di un impianto d’automazione domestica è la linea
(vedi Figura 16). Ad ogni linea, anche a quella principale, possono essere collegati al
massimo 64 apparecchi BUS. Attraverso l’uso di ripetitori essa può essere composta
da un massimo di 4 segmenti di linea, ciascuno dotato di un proprio alimentatore, per
cui in una linea si possono avere complessivamente 4 x 64 = 256 dispositivi BUS
(l’utilizzo di ripetitori non è ammesso solamente nelle linee principali e nelle linee
dorsali).
Figura 16: linea di un sistema BUS
Ogni linea è isolata galvanicamente dalle altre per mezzo di accoppiatori di
linea. Attraverso questi dispositivi si possono collegare tra loro fino a 12 linee e la
struttura che si viene così a formare viene chiamata campo o area (vedi Figura 17). Il
numero massimo di dispositivi diventa, quindi, 256 x 12 + 64 (linea principale) = 3136.
Figura 17: campo o area di un sistema BUS
Infine, come schematizzato nella Figura 18, si possono collegare fino a 15
campi ottenendo un sistema multiarea. Il collegamento avviene tramite una linea
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dorsale e l’utilizzo degli accoppiatori di campo. Complessivamente si possono quindi
avere 15 x 3136 = 47040 dispositivi.
Figura 18: sistema BUS completo, costituito da più campi
Con una struttura di questo tipo si ottengono tre vantaggi molto importanti:
- una caduta di linea non porta conseguenze al resto del sistema;
- il traffico delle informazioni si limita alle linee interessate in quanto gli
accoppiatori di linea e quelli di campo provvedono a bloccare i flussi diretti
verso zone non interessate;
- si possono avere contemporaneamente comunicazioni su più linee.
Dopo aver installato i dispositivi, devono essere salvati i parametri e le funzioni
da svolgere. Tramite il software ETS il programmatore assegna ad ogni dispositivo un
indirizzo fisico (univoco per ogni dispositivo), uno o più indirizzi di gruppo e i parametri
e le funzioni che devono essere svolte.
L’indirizzo fisico permette di identificare in maniera univoca i dispositivi EIB.
Esso è costituito da tre numeri: campo, linea e numero del dispositivo (es. 1.2.3 =
campo 1, linea 2, dispositivo 3). Attraverso la pressione di un tasto presente sul
dispositivo, viene messo quest’ultimo in ascolto per la ricezione del proprio indirizzo: è
possibile, quindi, procedere all’assegnazione. Se in futuro fosse necessario cambiare
l’indirizzo fisico del dispositivo in questione sarà possibile procedere ad effettuare il
reindirizzamento dell’apparecchio, a condizione che l’indirizzo assegnatoli sia unico nel
BUS.
39
La comunicazione tra i vari dispositivi avviene nella maggior parte dei casi in
multicasting: un determinato sensore invia sul BUS un singolo telegramma EIB
indirizzato ad uno o più apparecchi a seconda della propria configurazione. Ad
esempio, un pulsante può inviare il messaggio di accensione a più luci di una stessa
sala. Perché ciò avvenga, vengono utilizzati indirizzi particolari, denominati indirizzi di
gruppo, che possono essere considerati come la codifica della funzione assegnata al
canale del dispositivo. Qualsiasi indirizzo di gruppo può essere assegnato ad un
dispositivo indipendentemente dal suo indirizzo fisico, quindi dalla sua posizione
nell’impianto. Inoltre, nel caso di comandi che devono essere eseguiti da più attuatori
contemporaneamente o in caso di sensori che devono comandare lo stesso attuatore,
l’indirizzo di gruppo può essere lo stesso per più dispositivi. In fase di programmazione
si può scegliere di rappresentare questi indirizzi attraverso due o tre cifre.
Normalmente viene utilizzata la rappresentazione con tre cifre (gruppo
principale/gruppo intermedio/sottogruppo) in quanto permette di effettuare una
suddivisione logica delle funzioni, come nel seguente esempio:
- il gruppo principale può essere utilizzato per identificare l’impianto o la
funzione generica, come l’impianto d’illuminazione e la gestione del
risparmio energetico;
- il gruppo intermedio identifica invece una singola funzione di un gruppo
principale, come la gestione on-off delle luci oppure la gestione dimmer;
- il sottogruppo permette di identificare la singola utenza o un gruppo di
utenze, come l’illuminazione on-off delle luci della cucina o della sala
attività.
L’indirizzo di gruppo è identificato da una sequenza di 16 bit, di cui il primo
identifica il campo in cui è installato l’apparecchio, i successivi quattro rappresentano il
gruppo principale, gli altri tre il gruppo intermedio ed i restanti 8 bit sono utilizzati per
identificare il sottogruppo (vedi Figura 19). Questo significa che si possono avere fino a
16 gruppi principali, contenenti ciascuno fino ad 8 gruppi intermedi e, per ognuno di
questi, possono esserci 256 sottogruppi.
Figura 19: struttura dell'indirizzo di gruppo
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In un impianto d’automazione domestica vi è una fase di parametrizzazione in
cui tutti gli accoppiatori ricevono una tabella filtro. Essa viene scansionata
dall’accoppiatore ogni volta che esso riceve un telegramma indirizzato ad un
determinato indirizzo di gruppo: se questo è presente all’interno della tabella,
l’accoppiatore di linea, o di campo, inoltra il messaggio nella propria linea, o nel proprio
campo, altrimenti lo scarta. Ciascun telegramma contiene un campo numerico, detto
Routing-Counter, impostato normalmente a 6 dal dispositivo trasmettente e
decrementato di uno ogni volta che esso attraversa un accoppiatore o un ripetitore.
Quando il Routing-Counter raggiunge lo zero, il telegramma viene scartato, evitando
così cicli infiniti nel caso di un errata configurazione della rete.
Ciascun telegramma contiene informazioni riguardanti le operazioni da
compiere, o quelle appena compiute, e viene suddiviso in pacchetti da 8 bit completati
da alcune informazioni di verifica per rilevare eventuali errori di trasmissione (vedi
Figura 20).
Start
bitData bit (8 bit)
Parity
bit
Stop
bit
Controllo
8 bit
Indirizzo
mittente
16 bit
Indirizzo
destinazione
16 bit
Routing
Counter
3 bit
Lunghezza
4 bit
Informazione
Fino a 16x8 bit
Checksum
8 bit
Struttura di un pacchetto
Struttura del telegramma
Figura 20: struttura di un pacchetto EIB e di un intero telegramma EIB
Ogni telegramma è inviato da un solo apparecchio e può essere ricevuto da un
numero a piacere di dispositivi. La velocità di trasmissione può raggiungere i 9600 bit/s
cioè circa 40-50 telegrammi al secondo. La trasmissione è asincrona e seriale e viene
utilizzato il protocollo di trasmissione CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access /
Collision Avoidance) per non perdere alcun telegramma anche nel caso di invio
contemporaneo da parte di più apparecchi BUS. Ciascun dispositivo è in permanente
ascolto sul BUS, quindi, per ogni telegramma in arrivo, viene verificato se l’indirizzo di
gruppo in esso contenuto è lo stesso di quello contenuto nel dispositivo stesso: se i
due indirizzi corrispondono il dispositivo esegue la funzione prevista nel telegramma.
Si espone ora in maniera più dettagliata come avviene la comunicazione.
All’inizio del traffico di telegrammi, il dispositivo mittente controlla che il BUS sia libero
per un certo intervallo di tempo per poter iniziare la comunicazione. Il primo campo ad
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essere trasmesso è un campo di controllo (priorità, primo invio del telegramma,
ritrasmissione, ecc.). Poi viene trasmesso il campo indirizzo che contiene l’indirizzo
della sorgente, cioè l’indirizzo fisico del dispositivo che trasmette, e l’indirizzo di
destinazione, cioè l’indirizzo fisico o di gruppo dell’apparecchio ricevente. A seguire
viene trasmesso un campo dati con lunghezza in riferimento all’informazione di
servizio. Infine, il campo sicurezza, che serve alla verifica e alla sicurezza del
telegramma. In seguito il BUS rimane libero per un certo tempo, dopodiché tutti gli
apparecchi destinatari confermano contemporaneamente la ricezione senza errori del
telegramma. Se il telegramma non è stato ricevuto correttamente, l’apparecchio invia
nel campo conferma un NACK (Not Acknowledge) e ripete l’intero telegramma. Se
nessun apparecchio conferma il telegramma, l’apparecchio trasmittente ripete il
telegramma per un massimo di tre ritrasmissioni.
Comando
Invio telegramma (T)
verso destinatario (D)
D ha ricevuto
T?
Time out
raggiunto?
S ha ricevuto
R
R=T+ACK?
Nessun
errore?
Invio R=T+NACK
alla sorgente (S)
Invio R=T+ACK
alla sorgente (S)
Fine
Vero
FalsoFalso
Vero
Vero
Quarto
tentativo
d’invio?
Falso
Vero
Falso
ERRORE
Falso
Vero
Falso
Vero
Figura 21: sequenza di operazioni eseguite dal protocollo EIB per inviare un messaggio
42
4.5. Protocollo ModBUS
Il presente capitolo è dedicato alla descrizione dello standard ModBUS, in
quanto è il protocollo utilizzato dal sistema d’allarme scelto per la struttura analizzata.
Il ModBUS è un protocollo di comunicazione proprietario introdotto sul mercato
dalla Modicon nel 1979 per mettere in comunicazione i propri controllori a logica
programmabile. Grazie alla semplicità di utilizzo e alla capacità di funzionare
utilizzando poche risorse è presto diventato un protocollo standard per l’automazione
industriale. È un protocollo a BUS centralizzato caratterizzato dalla presenza di un
dispositivo centrale con la funzionalità di “manager” degli altri nodi, denominato Master,
a cui si possono collegare fino a 255 Slave. Alcune delle sue caratteristiche non
possono essere modificate, come il formato dei messaggi scambiati e le condizioni di
eccezione della funzione effettuata, mentre altre devono essere scelte dall’utente,
come il numero di trasmissioni medie, il baud rate, la parità del carattere, il numero di
bit di arresto e il tipo di trasmissione (che può essere ASCII o RTU).
Per iniziare una comunicazione unicast, ovvero verso un solo destinatario, il
dispositivo Master deve inserire il messaggio in un pacchetto, nel quale deve
specificare l’indirizzo del destinatario. Poi il pacchetto viene inoltrato sul BUS e arriva a
tutti i nodi collegati, ma solamente il destinatario provvede ad aprirlo, controllare che
non vi siano errori ed eseguire l’azione specificata. Una volta compiuta l’operazione
richiesta, restituisce al mittente il pacchetto a conferma della corretta esecuzione del
comando, inserendo in esso il proprio indirizzo. Se la comunicazione è invece di tipo
broadcast, cioè destinata a tutti gli Slave, il Master inserisce nel pacchetto l’indirizzo 0
e non attende alcuna conferma. Se un messaggio torna indietro significa che
l’operazione non è andata a buon fine.
La causa più frequente degli errori di comunicazione è il disturbo elettrico,
chiamato più comunemente “rumore”. Per poterlo identificare deve essere effettuato un
controllo su tutti i bit del messaggio inviato. Questo può avvenire attraverso il controllo
della parità o il controllo delle ridondanze. Il controllo della parità prevede l’aggiunta di
un 1 o uno 0 alla fine del messaggio a seconda che il numero di 1 dell’intero pacchetto
sia pari o dispari. Se però più bit cambiassero valore durante la trasmissione potrebbe
accadere che la parità resti invariata. Per garantire una maggiore protezione contro gli
errori, si utilizza, in parallelo, il controllo delle ridondanze, elaborando i dati in ingresso
facendoli scorrere all’interno di una rete logica. Per assicurarsi che il messaggio venga
ricevuto correttamente, ciascun dispositivo ModBUS è programmato per effettuare una
ritrasmissione del messaggio nel caso non ricevesse alcuna risposta da parte del
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destinatario. Il tempo di attesa della risposta, è un tempo dipendente dal baud rate, dal
tipo di messaggio e dal tempo di scansione del messaggio da parte dello Slave.
Le trasmissioni possono avvenire in due modalità differenti a seconda
dell’apparecchiatura utilizzata come Master. La modalità RTU prevede una
rappresentazione dei dati compatta di tipo esadecimale, mentre in quella ASCII i
caratteri sono facilmente leggibili, consentendo una più semplice localizzazione dei
guasti. Entrambe le modalità utilizzano la comunicazione seriale ma nodi configurati
per una modalità non possono comunicare con nodi configurati per l’altra. Per
controllare gli errori, il formato RTU utilizza il campo CRC (Cyclic Redundancy Check)
mentre nel formato ASCII si può trovare il campo LCR (Longitudinal Redundancy
Check).
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5 PROTOCOLLO KNX – STANDARD MONDIALE PER
LA DOMOTICA
Verso la fine del secolo scorso le tre associazioni che riunivano le principali
case costruttrici europee di sistemi ed apparecchiature elettroniche, EIBA International,
EHSA e BatiBUS, hanno deciso di riunirsi in un’unica organizzazione per definire uno
standard globale per l’automazione domestica (inizialmente standard europeo ma poi
diffuso anche oltreoceano diventando standard di livello mondiale).
Figura 22: convergenza in un unico standard, lo standard KNX
Konnex è il nome scelto per l'associazione, nata nel maggio del 1999, che ha
realizzato la convergenza dei tre standard europei esistenti (EIB, EHS e BatiBUS) nello
standard unico KNX, dichiarato dal CENELEC “Norma per i sistemi dedicati
all’automazione e al controllo delle case e degli edifici”. L’associazione stessa si
occupa di organizzare centri per la formazione e di effettuare la certificazione dei
prodotti marchiandoli KNX per garantire un alto livello di qualità ai prodotti e la totale
interoperabilità tra i dispositivi e le applicazioni. Con il passare degli anni, sempre più
costruttori hanno deciso di utilizzare lo standard KNX nei loro dispositivi consentendo
all’utente una facile modifica della rete con costi contenuti. Infatti, grazie all’utilizzo di
un solo standard, i produttori hanno potuto abbassare i prezzi dei singoli prodotti.
Questo ha portato ad un incremento del numero di utenti che scelgono un impianto
basato su standard KNX e, di conseguenza, un incremento della produzione dei
dispositivi con il risultato di un ulteriore abbassamento del prezzo unitario.
KNX
BatiBUS
EHSEIB
45
Lo standard KNX è basato sul protocollo di comunicazione EIB ed offre la
possibilità di scegliere diverse modalità di configurazione ed alcuni altri vantaggi frutto
delle esperienze maturate con gli standard BatiBUS e EHS. Esso può utilizzare
differenti mezzi trasmissivi, dal cavo intrecciato (twisted pair), ereditato dagli standard
BatiBUS e EIB, alla linea di potenza, tipica dello standard EHS e molto simile al
metodo dell’X10, dalla radiofrequenza agli infrarossi e, addirittura, ad Internet.
Figura 23: comunicazione attraverso il BUS KNX-EIB
A seconda del grado di complessità del progetto ci sono tre metodologie di
configurazione del sistema (vedi Figura 24). La più semplice è l’Automatic-Mode
(modalità automatica). Essa riprende le specifiche dello standard EHS e prevede che
le periferiche si autoconfigurino in modo automatico per consentire all’utente finale di
poterle acquistare ed installare direttamente, senza bisogno dell’intervento di un
esperto. Poi vi è la modalità Easy-Mode (modalità facile) che riprende le specifiche
dello standard BatiBUS e richiede una formazione di base per poter installare e far
funzionare i vari apparecchi. Le funzionalità dei dispositivi sono preconfigurate per cui
è sufficiente modificare i vari parametri per ottimizzare il sistema secondo le esigenze
dell’utente. Infine, se il sistema è più sofisticato esso viene configurato in modalità
System-Mode (modalità di sistema), molto simile allo standard EIB. In questa modalità i
dispositivi sono perfettamente adatti per creare qualsiasi sistema di automazione ma
46
non hanno alcuna configurazione di base, per cui devono essere installati e configurati
da tecnici specializzati.
Figura 24: metodologie di configurazione di un sistema KNX
Dopo aver installato tutti i dispositivi si deve procedere alla configurazione
software del sistema, attraverso l’impostazione dei parametri dei diversi apparecchi e
la definizione delle funzioni che devono essere assolte. Per fare ciò si utilizza il
software ETS, ben strutturato e semplice da utilizzare per permettere di poter
apportare modifiche sia dal progettista che da un eventuale integratore di sistema.
Questo strumento, unitamente alle librerie messe a disposizione gratuitamente dai
costruttori dei diversi dispositivi permette di progettare e realizzare edifici intelligenti
basati sul sistema KNX.
Attraverso un’unica interfaccia ETS permette di definire la struttura gerarchica
dell’edificio, la disposizione dei componenti e la relativa associazione logica per lo
svolgimento delle funzioni richieste. A prescindere dal costruttore, tutti i dispositivi
certificati KNX sono in grado di comunicare tra loro all’interno dell’impianto, e, una volta
caricata la relativa libreria all’interno del programma, possono essere configurati con il
medesimo meccanismo. Inoltre, oltre alla configurazione, ETS rende possibile
effettuare la diagnostica di un’installazione.
Dopo aver terminato la programmazione si deve collegare il computer al cavo
BUS, attraverso un interfaccia seriale RS232 o USB, e, una volta attivata la relativa
funzione, ETS provvede a scaricare nei dispositivi la logica di funzionamento,
rendendo l’impianto funzionante. Ogniqualvolta si rendesse necessario apportare una
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modifica alla configurazione dell’impianto, basterà effettuare la modifica software
desiderata, ricollegare il cavo al sistema e procedere a scaricare le nuove variazioni sui
dispositivi interessati, il tutto con la massima flessibilità e semplicità.
48
6 TIPOLOGIE DI DISPOSITIVI
Dispositivi di ingresso
I dispositivi di ingresso vengono utilizzati per il collegamento elettrico dei
dispositivi di comando al sistema e si differenziano tra loro principalmente per le due
diverse modalità con cui viene effettuato tale collegamento, che può essere tramite
connettore multipolare o morsetto. Si possono avere:
- ingressi binari a 230 V per collegare dispositivi alimentati con tensione di
rete e con funzionamento on-off, come ad esempio pulsanti e interruttori;
- ingressi binari a bassa tensione di sicurezza per collegare dispositivi
sempre con funzionamento on-off, ma liberi da tensione, come contatti per
porte e finestre. Questo può essere effettuato fornendo loro
un’alimentazione a bassa tensione di sicurezza (tipicamente 24 V CC) e
rilevando l’apertura e la chiusura dei contatti;
- ingressi analogici per collegare dispositivi esterni che forniscono un segnale
sotto forma di tensione variabile (0-10 V) o di corrente variabile (4-20 mA).
Dispositivi di uscita
I dispositivi di uscita sono dispositivi a cui vengono collegati, direttamente o
indirettamente, i carichi elettrici e, anche questi apparecchi, si differenziano
principalmente per la modalità di collegamento del carico elettrico. Le uscite che
vengono generate possono essere:
- uscite binarie che utilizzano un relè per attivare o disattivare il carico
elettrico;
- uscite dimmer che erogano una corrente o una tensione variabile per
regolare il carico (direttamente o attraverso un regolatore elettronico);
- uscite analogiche che forniscono una tensione variabile (0-10 V) o una
corrente variabile (4-20 mA) e che possono essere utilizzate, ad esempio,
per comandare le tapparelle.
Ulteriori differenze che si possono trovare tra i dispositivi sono costituite dal numero e
dalla tipologia dei carichi elettrici collegabili (resistivo, induttivo, ecc.) e dal carico
massimo di questi ultimi.
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Dispositivi di controllo degli accessi
I dispositivi di controllo degli accessi sono lettori di chiavi elettroniche a
transponder che abilitano l’apertura dell’ingresso di una determinata zona di un edificio
utilizzando il relè in essi stessi contenuto o comandando altri terminali di uscita.
Vengono solitamente utilizzati per limitare gli accessi alle diverse sezioni dell’edificio in
base al livello di autorizzazione delle persone. La segnalazione generata dal lettore di
chiavi elettroniche a transponder può essere, inoltre, utilizzata dal sistema per attivare
altri servizi precedentemente programmati. Ad esempio, se è il primo accesso di una
giornata, l’impianto può procedere all’accensione delle luci, all’attivazione dell’impianto
di condizionamento e al far salire le tapparelle.
Dispositivi di sistema
I dispositivi di sistema hanno compiti ausiliari, come accoppiare e disaccoppiare
linee, fornire alimentazione ai dispositivi e garantire la continuità di funzionamento del
sistema. Il dispositivo di accoppiamento serve ad accoppiare una linea BUS con la
linea principale (accoppiatore di linea) o quest’ultima con la linea dorsale (accoppiatore
di area). L’alimentatore di linea fornisce e controlla l’alimentazione in corrente continua
della linea BUS. La bobina di alimentazione consente di disaccoppiare l’alimentatore
dalla linea stessa e permette di utilizzare un singolo alimentatore con due uscite per
alimentare due linee differenti. Il gruppo di continuità utilizza la corrente prodotta da
batterie interne per assicurare la continuità di alimentazione del BUS, anche in caso di
momentanea mancanza di tensione di rete. L’alimentatore per i sensori fornisce
corrente continua a bassa tensione di sicurezza a tutti i dispositivi non direttamente
alimentati dalla linea BUS o da altri dispositivi. L’interfaccia seriale RS232 e
l’interfaccia USB permettono di collegare un personal computer al BUS per effettuare
la configurazione dei diversi dispositivi o per controllare l’intero sistema. I dispositivi di
collegamento a 2 o 4 poli consentono il collegamento del cavo BUS alla barra dati e il
collegamento di più barre dati all’interno dello stesso quadro di distribuzione.
Dispositivi di comando
Nei sistemi di automazione un dispositivo di comando, che può essere un
interruttore, un sensore o un semplice contatto, utilizza un dispositivo di ingresso per
inviare il suo “ordine” al dispositivo di uscita o alla consolle di controllo. Esso può
essere usato, oltre al suo scopo principale, anche come controllo per abilitare o
disabilitare altri dispositivi di comando.
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Telecomandi locali
I telecomandi vengono utilizzati per rendere più agevole e comoda la gestione
del sistema e per aumentare la sicurezza delle persone. Per il loro funzionamento, è
necessario installare un ricevitore di comandi a infrarossi nelle stanze in cui si vuole
permettere di utilizzarli.
Sensori
I sensori sono dispositivi con il compito di misurare caratteristiche fisiche
dell’ambiente in cui si trovano, in valore assoluto o come variazioni nel tempo. Ogni
dispositivo è generalmente specializzato in un determinato compito, come ad esempio
misurare la temperatura o rilevare la presenza di una persona, ma alcuni di essi
possono monitorare contemporaneamente più grandezze fisiche, come ad esempio
una sonda meteorologica. I sensori sono dispositivi molto importanti in un sistema di
automazione poiché permettono sia di implementare le funzioni di sicurezza e
antintrusione che di modificare lo stato dei dispositivi in relazione ai valori rilevati, ad
esempio, spegnendo le luci nelle stanze “vuote” o abbassando le tapparelle in caso di
pioggia intensa.
Dispositivi di segnalazione
Nella categoria dei dispositivi di segnalazione rientrano tutti i dispositivi che
hanno il compito di avvisare l’utente nel caso in cui vengano rilevate situazioni
particolari. La segnalazione può essere causata da varie tipologie di evento, che
possono essere raggruppate nelle seguenti classi:
- sicurezza: tentativi di effrazione, incendio, fughe di gas, perdite d’acqua,
ecc.;
- salvaguardia: porte in movimento, apertura e chiusura delle tapparelle, ecc.;
- controllo delle stanze e degli ingressi: ingresso o passaggio di persone,
campanello d’ingresso, ecc.;
- stato dei singoli impianti: impianto di illuminazione acceso o spento,
impianto di condizionamento in funzione, ecc.;
- servizio: richiesta di personale di servizio.
La segnalazione può essere diretta o indiretta. È diretta quando è percepita
direttamente dalle persone, come ad esempio nel caso di un lampeggiante o di una
sirena. Al contrario, la segnalazione è indiretta quando il dispositivo invia la
segnalazione ad un altro dispositivo, o sistema, che la gestisce e la rende
comprensibile alle persone. Un tipico esempio di questo tipo di segnalazione è quella
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effettuata dal combinatore telefonico, che sfrutta la capacità sonora dei telefoni (o i
messaggi dei telefoni cellulari) per avvisare le persone interessate.
Dispositivi di gestione e controllo
I dispositivi di gestione e controllo di un sistema rappresentano una categoria
molto vasta. I principali apparecchi che ne fanno parte sono quelli che intervengono sul
sistema ad intervalli regolari o a scadenze precise di tempo per attivare o disattivare
utenze, quelli che consentono di effettuare complesse azioni di comando attraverso la
pressione di un solo tasto, quelli che preservano il funzionamento dell’impianto elettrico
evitando pericolosi sovraccarichi ed infine, quelli che monitorano il funzionamento del
BUS o di altri parametri del sistema. Vengono descritti più nel dettaglio di seguito:
- orologio programmatore o timer: dispositivi che consentono l’attivazione e la
disattivazione automatica di impianti o altre apparecchiature del sistema,
come, ad esempio, l’impianto di riscaldamento e quello di illuminazione. Per
ogni azione si può scegliere un periodicità giornaliera, settimanale o
annuale;
- dispositivi di gestione degli scenari: uno scenario viene utilizzato per
richiamare una prefissata concatenazione di eventi ripetitivi. Per la loro
realizzazione può essere necessario inserire nel sistema dei dispositivi che,
su richiesta dell’utente, memorizzino i dati delle varie combinazioni di eventi
(dispositivo comandato, ritardo, condizione) in un nuovo scenario, per poi
richiamarlo ogniqualvolta sia necessario;
- dispositivi di gestione dei carichi elettrici: compito principale di questi
dispositivi è evitare il sovraccarico dell’impianto elettrico, disattivando, in
base al livello di priorità assegnato ai differenti dispositivi, i carichi con
priorità minore, evitando, così, l’intervento dell’interruttore magnetotermico
di protezione dell’impianto;
- dispositivi di monitoraggio del sistema: consente di controllare
continuamente lo stato dei dispositivi in ogni ambiente della casa.
Consolle di controllo e supervisione
Una funzionalità molto importante che offre un impianto di automazione è la
possibilità di controllare l’intero sistema utilizzando una consolle di controllo. Attraverso
di essa, l’utente è in grado di poter gestire tutti i dispositivi appartenenti al sistema. Le
consolle di controllo possono essere apparecchiature Touch-Screen, Personal
Computer, palmari o dispositivi analoghi. Inoltre, il sistema può essere configurato per
permettere di accedere alla consolle di controllo tramite internet, o telefono, per gestire
52
i dispositivi anche quando non si è in casa. Per il controllo via internet è necessario
utilizzare un’apposita interfaccia che colleghi in modo permanente il sistema di
automazione alla rete, al fine di permettere al proprietario di visionare lo stato del
sistema ed interagire remotamente utilizzando un semplice browser. Nel secondo
caso, invece, i comandi vengono inviati al sistema attraverso il menu domotico del
telefono cellulare.
53
7 LA STRUTTURA ABITATIVA DA ANALIZZARE
Da alcuni mesi è iniziata la ristrutturazione di un’ala del C.E.R.R.I.S., centro di
accoglienza residenziale, semiresidenziale e ambulatoriale che svolge, tra le varie
attività, assistenza e riabilitazione a favore di soggetti disabili. Questa modifica è stata
prevista per poter ospitare all’interno di questa sezione disabili gravi privi di propria
autonomia, con il supporto permanente di uno o più operatori. La sua realizzazione non
prevede l’installazione di un impianto domotico in quanto non è stata considerata una
soluzione valida visto il maggiore costo iniziale e data l’incapacità di autonomia dei
disabili ospitati, che non avrebbero, quindi, alcun giovamento. È stato però richiesto di
effettuare un’analisi di una possibile ristrutturazione della stessa struttura prevedendo
l’installazione di un impianto domotico, nell’ipotesi di un possibile inserimento
nell’istituto di utenti parzialmente autonomi. Le disabilità possono essere di vario tipo,
da quella comunicativa a quella comportamentale o locomotiva. Si è voluto progettare
un’abitazione adatta ad ospitare qualsiasi utente diversamente abile, senza limitarne
l’accesso ad una sola categoria. Inizialmente sono state fatte alcune semplici
considerazioni per l’abbattimento delle barriere architettoniche, possibile grazie
all’installazione di rampe per l’accesso, pulsanti e maniglie più bassi, ecc. Poi si è
passati all’analisi e alla progettazione dell’impianto domotico dell’abitazione.
54
8 ANALISI E PROGETTAZIONE DELL’IMPIANTO
DOMOTICO
La fase più importante e delicata di un nuovo progetto è capire cosa vuole il
cliente e che risultati si vogliono raggiungere. Siccome il cliente spesso non è capace
di esprimere chiaramente quello che realmente desidera (soprattutto dato il fatto che,
per mancanza di conoscenza, non sa valutare a priori se una cosa è realizzabile
oppure no) occorre ragionare in termini di esigenze a cui trovare una soluzione e non
in termini di dispositivi da installare. La struttura per la quale è stata richiesta la
progettazione dell’impianto domotico appartiene all’ente ULSS20 di Verona per cui si è
discusso con l’ing. Corrado Salfa, responsabile del procedimento per la
ristrutturazione, quali funzioni e quali servizi il centro deve essere in grado di offrire. È
stato deciso di creare un sistema in grado di fornire gli stessi servizi offerti anche
dall’impianto tradizionale ed alcuni semplici servizi aggiuntivi. Non si è voluto inserire
funzioni troppo complesse per non alzare eccessivamente il costo complessivo. Si è
riposta, quindi, l’attenzione sulla creazione di un impianto in grado di facilitare l’utente
nelle azioni di uso quotidiano, come accendere le luci o regolare il riscaldamento,
permettendogli di renderle automatiche, accendendo ad esempio tutte le luci di una
stanza qualora venisse rilevata la presenza di una persona al suo interno, e
garantendogli la possibilità di utilizzare un'unica interfaccia per controllare tutti gli
impianti presenti, altrimenti dotati di differenti dispositivi di comando (uno per il sistema
d’allarme, un altro per quello audio-video, ecc.).
8.1. Analisi della struttura
Si è scelto di effettuare una suddivisione logica della struttura in tre zone (vedi
Figura 25): la zona “giorno” (rappresentata in giallo), composta da cucina, sala pranzo,
sala attività, bagno attrezzato, bagno assistito, magazzino e ufficio, la zona “notte”
(verde), di cui fanno parte tutte le camere con i relativi bagni e la zona “corridoio”
(grigio).
55
Figura 25: suddivisione dell'abitazione in tre zone
Vengono ora elencati i differenti servizi che le stanze della struttura devono
essere in grado di offrire, senza scendere nel dettaglio delle singole funzioni in quanto
verrà effettuata un’analisi più approfondita all’interno del prossimo capitolo. Si è detto
precedentemente che il C.E.R.R.I.S. non fornisce supporto solamente a soggetti
disabili ma anche ad altre persone con problemi sociali. Un responsabile della struttura
ha sottolineato che in passato sono avvenuti numerosi furti, per cui sono stati isolati i
diversi settori ed ora si può accedervi solo se si possiede la chiave. Per semplificare
l’ingresso degli operatori e per controllare gli accessi a questa sezione si è scelto di
utilizzare un’apertura della porta tramite transponder. Varcata la porta si entra in un
ampio locale che è stato suddiviso, dal punto di vista logico, in due aree: ingresso e
soggiorno. L’ingresso deve essere provvisto di un sensore di luminosità, utilizzato per
gestire la zona giorno, e di alcuni pulsanti per permettere di comandare i punti luce
dell’intero locale e di richiamare gli scenari di ingresso e di uscita dall’abitazione
descritti nel capitolo 8.4. Nel soggiorno è invece presente un termostato da cui poter
gestire la temperatura di tutta la zona giorno. Sia il soggiorno che la sala attività sono i
locali nei quali gli utenti passano la maggior parte del proprio tempo per cui vengono
entrambi predisposti per poter collegare una televisione e l’impianto audio. La sala
attività è dotata di 6 luci di diverso colore che possono essere utilizzate per effettuare
56
sedute di cromoterapia. In essa è presente, inoltre, un dispositivo Touch-Screen dal
quale è possibile gestire l’intero impianto domotico. Un altro dispositivo con analoga
funzione viene fornito all’operatore in modo da consentirgli di poter monitorare e
controllare tutto il sistema in qualsiasi momento e da qualsiasi luogo. In cucina sono
presenti alcune prese comandate a cui vengono collegati gli elettrodomestici (più una
supplementare) ed un termostato per consentire all’utente di poter variare la
temperatura locale. Il magazzino, l’ufficio e i bagni presentano gli stessi dispositivi che
si avrebbero con un impianto tradizionale. In ogni camera è presente un’abat-jour per
ciascun comodino, una lampada centrale e un termostato per poter gestire la
temperatura locale. Nelle camere dei pazienti è inoltre presente una cordicella accanto
a ciascun letto per chiamare l’operatore in caso di emergenza. A ciascun utente viene
fornito un telecomando dal quale può comandare tutti i dispositivi della propria camera
(regolare la temperatura, alzare o abbassare le tapparelle, accendere le luci e
selezionare il volume e le sorgenti audio e video). Un secondo sensore di luminosità
viene installato nella camera operatore per gestire la luminosità della zona notte. Tutti i
dispositivi di attuazione di questa zona sono collocati nel corridoio. Per quanto riguarda
la struttura in generale, tutte le porte sono scorrevoli e motorizzate, così come tutte le
tapparelle (ad eccezione di cucina ed ingresso dove non sono presenti) ed ogni stanza,
tranne il magazzino e il bagno di ciascuna camera, è dotata di almeno una presa
comandata. Il riscaldamento e il condizionamento avvengono attraverso dispositivi fan-
coil e in ogni stanza sono presenti uno o più sensori di rilevamento presenza. Nella
Tabella 2 è presente l’elenco dei dispositivi utilizzati per ogni ambiente e il numero
totale di dispositivi necessari per l’impianto d’automazione.
Tabella 2: dispositivi utilizzati
LOCALI FAN COIL TAPPARELLE
PORTE AUTO TERMOSTATI
LUCI on-off
LUCI dimmer
PRESE COM.
Ingresso 1 0 1 0 0 1 0
Cucina 1 0 1 1 2 0 6
Pranzo-Soggiorno 2 1 0 1 0 4 1
Sala attività 2 4 2 0 0 10 1
Magazzino 1 1 1 0 1 0 0
Camera operatore + b. 2 3 2 1 3 1 1
Bagno attrezzato 1 1 1 0 2 0 1
Bagno assistito 1 4 2 0 2 0 1
Ufficio 1 1 1 0 1 0 1
Camera 1 + bagno 2 2 2 1 4 1 1
Camera 2 + bagno 2 3 2 1 4 1 1
Camera 3 + bagno 2 2 2 1 4 1 1
Camera 4 + bagno 2 3 2 1 4 1 1
Corridoio 2 1 0 0 0 4 0
TOTALE 22 26 19 7 27 24 16
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8.2. Analisi delle funzioni
Dopo aver descritto tutti i servizi che devono essere offerti da ogni singola
stanza si vogliono ora evidenziare tutte le funzionalità che devono essere
implementate, raggruppandole per categoria. Per ogni raggruppamento è presente una
breve introduzione e una tabella contenente l’elenco di tutte le operazioni consentite.
Luci
Si vuole gestire l’impianto d’illuminazione in modo da permettere sia agli utenti
che al sistema stesso di poter comandare tutte le luci della struttura.
Tabella 3: impianto d'illuminazione
Possibilità di comandare tutti i punti luce della struttura attraverso pulsanti e interruttori.
Possibilità di effettuare una regolazione fine (100 gradini di precisione) della luminosità
di alcuni punti luce dimmer: camere, corridoio, soggiorno e sala attività.
Rendere automatica l’accensione delle luci quando una persona entra in una stanza e
lo spegnimento quando questa esce, attraverso l’utilizzo di un rilevatore di presenza.
Permettere una regolazione automatica dimmer delle luci del corridoio abbassando
l’intensità luminosa durante le ore notturne. Al passaggio di una persona la luminosità
deve aumentare.
Effettuare una regolazione automatica dimmer delle luci delle varie stanze in cui viene
rilevata la presenza di una persona per consentire di mantenere sempre un certo grado
di luminosità (rilevabile attraverso un sensore di luminosità).
Permettere la regolazione del colore (1.000.000 di colori) e dell’intensità di alcuni punti
luce (RGB) della sala attività al fine di consentire di poter effettuare la cromoterapia.
Possibilità di gestire tutte le prese comandate attraverso pulsanti e interruttori. Si è
scelto di mettere una sola presa comandata in ogni locale. Solo nella cucina vi sono più
prese comandate, una per ogni elettrodomestico: lavastoviglie, frigo, cappa, cucina,
forno e una di riserva.
Condizionamento
L’impianto di condizionamento deve consentire agli utenti di poter regolare la
temperatura per sentirsi a proprio agio all’interno della struttura. Per evitare che siano
presenti differenze troppo elevate tra la temperatura di una stanza e quella di un’altra,
si è scelto di impostare automaticamente la temperatura di ogni zona ad un valore di
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Set Point (SP), regolato automaticamente in base alla temperatura esterna. Gli utenti
sono, quindi, abilitati a variare la temperatura rispetto a quel valore.
Tabella 4: impianto di condizionamento
Viene impostata automaticamente la temperatura ad uno Set Point, autoregolato in
base alla temperatura rilevata all’esterno tramite una sonda meteo. Sarà presente un
SP per la zona giorno (SPG), uno per la zona notte (SPN) e uno per il corridoio (SPC).
Viene installato un termostato in ogni camera, uno in cucina e uno nel soggiorno per
consentire agli utenti di poter variare la temperatura rispetto al Set Point della zona. Il
raggio di variazione consentito è di 1°C.
Si permette di modificare a piacimento le programmazioni giornaliere, settimanali e
stagionali per ogni singola zona.
Motorizzazioni e automatismi
Per consentire ai disabili di poter effettuare quelle operazioni che
richiederebbero un certo sforzo fisico, come alzare le tapparelle o aprire una porta, si è
scelto di utilizzare dispositivi meccanici che permettono di eseguirle automaticamente
attraverso l’attivazione di un semplice comando.
Tabella 5: motorizzazioni
Possibilità di comandare e gestire tutte le tapparelle e tutte le porte presenti nella
struttura.
Gestione automatica delle tapparelle che, in caso di forte vento o condizioni
meteorologiche pericolose, si abbassano automaticamente.
Sicurezza personale (security)
Per far sì che l’utente si senta al sicuro all’interno della struttura dal punto di
vista della sicurezza personale si è scelto di utilizzare un sistema d’allarme RISCO. È
stato quindi integrato nell’impianto domotico per permettere di poterlo gestire
direttamente dalla stessa consolle con cui si governano gli altri dispositivi della
struttura.
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Tabella 6: sicurezza antintrusione
Gestione integrata del sistema antintrusione RISCO Prosys.Freecom 16.
Utilizzo di sensori di presenza e di sensori per finestre.
Teleassistenza in caso di allarme.
Sicurezza ambientale (safety)
Per garantire la sicurezza ambientale si è deciso di utilizzare alcuni speciali
sensori.
Tabella 7: sicurezza ambientale
Utilizzo di sensori ad altezza pavimento capaci di rilevare un possibile allagamento. Il
sistema domotico provvede, quindi, a chiudere il rubinetto dell’acqua e a comunicare
all’utente il relativo allarme.
Utilizzo di sensori capaci di rilevare un possibile inizio di incendio. Il sistema domotico
agisce attivando una sirena e comunicando l’allarme all’utente.
Utilizzo di sensori capaci di rilevare una possibile perdita di gas. Il sistema domotico
agisce di conseguenza chiudendo l’erogazione del gas e comunicando all’utente il
relativo allarme.
Gestione flussi audio e video
Per offrire agli utenti la possibilità di ascoltare un brano o di visualizzare un
filmato sul televisore si è scelto di integrare un impianto audio-video TUTONDO
nell’impianto domotico. È così possibile, attraverso l’utilizzo di un telecomando IR o del
pannello Touch-Screen, scegliere in ogni stanza una qualsiasi sorgente audio e/o
video, anche diversa.
Tabella 8: impianto audio-video
Diffusione dell’audio e del video multi-room e multi-source con tecnologia a matrice.
Questo significa che tutte le sorgenti vengono convogliate nel sistema TUTONDO e poi
possono essere selezionate per essere eseguite nelle diverse stanze.
Possibilità di utilizzare degli emettitori IR per controllare audio e video in quelle stanze
in cui viene data la possibilità di ascoltare musica e visualizzare filmati.
Controllo totale di tutta la matrice dall’interfaccia di controllo Touch-Screen.
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Risparmio energetico
Attraverso delle opportune logiche di gestione dei dispositivi si permette di
ottenere un significativo risparmio energetico.
Tabella 9: risparmio energetico
Gestione delle prese elettriche degli apparati audio-video e degli elettrodomestici per
spegnere totalmente i dispositivi in standby quando non sono realmente utilizzati.
Limitazione dell’intensità luminosa delle lampade dimmer ad una soglia massima
ridotta (limita i consumi ed è anche utile per un effetto soffuso notturno).
Gestione dell’impianto di condizionamento durante le ore diurne che funziona ad una
minore intensità (definita temperatura di risparmio) nei casi in cui nella stanza in esame
non ci sia la presenza di alcuno. Si deve aspettare comunque un certo periodo di
tempo per evitare che il soggetto abbia lasciato la stanza temporaneamente.
Se la temperatura esterna si abbassa molto, in inverno, o si alza troppo, in estate, si fa
comparire una scritta sui dispositivi Touch-Screen o sulle televisioni che chiede
conferma per abbassare le tapparelle nelle stanze in cui non è presente nessuno, per
consentire di dover ricorrere meno frequentemente all’impianto di condizionamento.
Possibilità di abbassare automaticamente tutte le tapparelle di un lato della struttura nel
caso in cui il sole fosse troppo forte su tale lato.
Gestione del consumo dei carichi maggiori, come gli elettrodomestici o gli impianti di
climatizzazione, direttamente dal dispositivo Touch-Screen.
Controllo e prevenzione dei black out con bilanciamento automatico dei carichi,
spegnendo i carichi con priorità minore attraverso l’utilizzo delle prese comandate.
Diagnostica e statistiche di utilizzo dei carichi, sempre visualizzabile sullo schermo.
Spegnimento automatico del riscaldamento se una finestra viene aperta.
Controllo Telecomando
Si vuole consentire agli utenti di governare alcuni dispositivi utilizzando
telecomandi IR. Per fare ciò, nelle varie camere, nel soggiorno e nella sala attività
viene installato un ricevitore in grado di leggere il segnale e comunicarlo all’impianto
domotico, che provvederà poi ad eseguire l’operazione richiesta.
61
Tabella 10: telecomandi IR
Utilizzo di un unico telecomando per gestire le sorgenti audio-video da tutte le stanze in
cui è possibile ascoltare musica o visualizzare filmati. Tale telecomando viene dato
all’operatore per consentirgli di poter governare tutti i dispositivi audio-video della
struttura.
Utilizzo di piccoli telecomandi, uno per ogni utente, nelle singole camere per
permettere ai degenti di poter governare autonomamente i dispositivi della propria
stanza come le luci, il riscaldamento, le tapparelle, l’audio e il video.
Videocitofonia
Si è scelto di integrare nell’impianto domotico un videocitofono analogico per
consentire di poter visualizzare l’immagine dell’ospite sullo schermo del dispositivo
Touch-Screen e, in caso di mancata risposta, anche sul televisore della sala attività.
Tabella 11: videocitofono
Gestione della videocitofonia integrata sul terminali di controllo Touch-Screen e sulla
TV.
Gestione della videocitofonia con servizi di recall e deviazioni di chiamata, anche sul
cellulare, per consentire, ad esempio, di deviare la chiamata quando l’operatore è
impegnato in altre attività.
Interfacce di controllo
Si è deciso di offrire un’interfaccia all’utente per consentirgli di poter controllare
e comandare tutte le funzionalità dell’impianto.
Tabella 12: interfacce di controllo
Utilizzo di due Touch-Screen dedicati, uno fisso in sala attività e l’atro portatile, per
gestire l’intero impianto domotico.
Possibilità di gestire l’impianto dal televisore.
Utilizzo del protocollo Ethernet per poter connettere altri dispositivi Touch-Screen o
palmari. In questo modo, il sistema diventa molto flessibile, consentendo di poter
aggiungere molto facilmente nuovi dispositivi di supervisione.
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Scenari integrati
Si è voluto dare agli operatori la possibilità di gestire quelle sequenze di
operazioni che si vuole siano eseguite automaticamente e che prendono il nome di
scenari.
Tabella 13: scenari
Gestione semplificata degli scenari complessi che possono coinvolgere
contemporaneamente luci, motorizzazioni, climatizzazione, sicurezza e tutti gli altri
servizi messi a disposizione dall’impianto domotico.
Programmazione oraria dei dispositivi
Si è voluto permettere di programmare tutti i dispositivi della struttura per
consentire all’utente di poter decidere a priori l’accensione e/o lo spegnimento di
determinati dispositivi.
Tabella 14: programmazione oraria
Programmazione oraria di tutte le luci.
Programmazione oraria delle zone di climatizzazione.
Programmazione oraria di tutti gli scenari.
Stazione meteorologica
Viene utilizzata una stazione meteorologica per consentire di effettuare
determinate operazioni in relazione alle condizioni atmosferiche.
Tabella 15: stazione meteorologica
Monitoraggio della temperatura esterna e visualizzazione sul dispositivo Touch-Screen.
Segnalazione all’utente di chiudere le eventuali finestre aperte in caso di pioggia o forte
vento.
Possibilità di gestire il risparmio energetico in base alle condizioni meteorologiche
rilevate.
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Controllo degli accessi
Si è voluto mettere una serratura alla porta principale della struttura per
consentire l’accesso ai soli interessati.
Tabella 16: controllo degli accessi
Gestione della serratura tramite transponder, in modo da consentire ai soli operatori di
controllare gli accessi alla struttura.
8.3. Integrazione tra diversi protocolli
Per permettere ai diversi sistemi di scambiare messaggi tra loro è stato
necessario collegarli ad un dispositivo comune. Lo scopo di tale apparecchiatura è
quello di leggere i messaggi provenienti da un determinato BUS, quindi scritti in uno
specifico linguaggio, tradurli nel linguaggio utilizzato dal protocollo di comunicazione
del BUS su cui è collegato il destinatario ed inoltrarlo opportunamente per farlo
pervenire al dispositivo identificato all’interno del messaggio.
Interfaccia di
supervisione
Dispositivo di
integrazione
Impianto
anti-intrusione
Impianto
d’automazione
Impianto
audio-video
Figura 26: integrazione tra impianti
Si possono trovare alcuni sistemi dotati di questa funzionalità sia in Italia che
all’estero ma la maggior parte di essi è mirata ad una funzione specifica. Per citarne
alcuni, AMX è un sistema americano dedicato a funzionalità audio-video, Luxtron è
invece ottimizzato per gestire al meglio l’impianto di illuminazione e SistemaCasa è un
sistema d’allarme italiano che integra alcune funzionalità di automazione. Un sistema
efficace sarebbe invece Creston, molto completo ma con prezzi ancora troppo elevati.
Per l’impianto domotico in considerazione, si è scelto di utilizzare un prodotto creato
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dall’azienda Home Innovation che, a differenza dei sistemi di cui si è appena parlato,
permette di far dialogare tutta la tecnologia presente nell’abitazione, come
l’illuminazione, la climatizzazione, l’intrattenimento multimediale e la sicurezza,
introducendo nuove funzionalità e aumentando la semplicità di gestione dell’edificio.
Come dice il nome stesso di questo prodotto, “HI Control”, esso controlla tutto il traffico
in circolazione negli impianti dell’abitazione e permette di creare un’unica rete
domestica. Consente, inoltre, all’utente di collegarsi ad esso tramite un dispositivo
dotato di interfaccia Ethernet o di collegamento ad internet, come un personal
computer o un dispositivo Touch-Screen, per visualizzare l’intero sistema attraverso un
software di gestione. In questo modo si permette all’utente di poter comandare
qualsiasi dispositivo attraverso un’interfaccia di supervisione unica, senza obbligarlo ad
imparare ad utilizzarne una per ogni sistema.
Nella Figura 27 è rappresentato lo schema di collegamento dei diversi impianti
alla centralina di gestione HI Control. Attraverso un cavo Ethernet, un collegamento
seriale o un cavo BUS, tutti i dispositivi dell’intera rete sono collegati con la piattaforma
HI Control, che ha il compito di convertire i messaggi nei linguaggi parlati dai diversi
impianti, permettendo così a qualsiasi dispositivo di poter comunicare con ogni altro
presente nella rete.
Figura 27: schema di collegamento alla piattaforma HI Control
65
Il principio di funzionamento del dispositivo HI Control è il seguente. Un
dispositivo invia un messaggio e questo scorre lungo tutto il BUS arrivando a tutte le
altre apparecchiature collegate che leggono l’indirizzo del destinatario e poi
provvedono ad eseguire il comando o a scartare il pacchetto a seconda che l’indirizzo
combaci o meno con il proprio. Il messaggio arriva, inoltre, tramite un cavo Ethernet,
seriale oppure BUS, al dispositivo HI Control, che effettua le seguenti operazioni.
Innanzitutto scompatta il messaggio, legge il suo contenuto, lo traduce in un proprio
linguaggio e lo memorizza in un DB interno. Successivamente controlla se i destinatari
appartengono ad un BUS diverso da quello da cui è stato ricevuto il messaggio e, in
caso positivo, traduce il messaggio nella lingua parlata sul BUS a cui sono collegati i
destinatari e glielo invia.
La piattaforma appena descritta prende il nome di integratore. Spesso quando
si parla di impianti domotici si sente parlare di gateway per intendere un dispositivo che
fornisce lo stesso servizio. La diversità tra i due dispositivi è la modalità con cui viene
effettuata l’integrazione. L’integratore, come appena sottolineato, effettua la traduzione
del messaggio in un proprio linguaggio e poi invia il messaggio nel linguaggio parlato
dal destinatario. Il gateway, invece, necessita di dispositivi di interfacciamento che gli
inviino il segnale già tradotto in un linguaggio comune.
Si descrivono ora gli impianti che si è scelto di integrare nel sistema domotico
della struttura.
SISTEMA D’AUTOMAZIONE
L’impianto d’automazione è composto da un insieme di dispositivi dotati di
intelligenza propria che vengono programmati al fine di poter offrire determinati servizi
e di poter automatizzare alcune funzioni. Per ottenere un sistema d’automazione il più
veloce ed efficace possibile, l’azienda Home Innovation ha sviluppato un proprio BUS,
l’HI BUS. Proprio per questo motivo solo un numero limitato di categorie di dispositivi è
in grado di essere collegato ad esso. Come detto in precedenza, invece, il protocollo
KNX è stato pensato per rendere possibile la comunicazione con le più svariate
tipologie di dispositivi, da una semplice lampadina ad un più complesso sensore
meteorologico. Per permettere che ciò avvenga il protocollo è molto articolato il che
implica una comunicazione più lenta. Per lo sviluppo di questo progetto si è scelto di
non utilizzare l’HI BUS, ma di integrare quello basato sullo standard KNX in modo da
avere la certezza di poter sempre aggiungere nuovi dispositivi con costi contenuti. Per
l’integrazione è stato necessario utilizzare un dispositivo di interfacciamento in grado di
leggere i telegrammi provenienti dal BUS KNX e di tradurli in dati seriali da inviare alla
66
piattaforma HI Control e viceversa (vedi Figura 28). Per permettere che ciò avvenga è
necessario configurare tale dispositivo effettuando l’associazione tra gli indirizzi
impostati attraverso il software ETS e gli indirizzi che si vuole siano utilizzati nella
comunicazione seriale. Se si fosse scelto di utilizzare l’HI-BUS e in futuro, si volesse
aggiungere un nuovo dispositivo non disponibile per il protocollo in questione, sarebbe
necessario integrare un dispositivo basato su un altro protocollo, ad esempio KNX, e
collegare questo nuovo BUS al dispositivo HI Control, aumentando così i costi di
modifica. Per la scelta dei dispositivi da utilizzare si è scelto di collaborare con
l’azienda tedesca JUNG, da anni leader in Germania nella produzione di dispositivi
elettrici, che si è resa molto disponibile nel fornire chiarimenti e dettagli sui loro
prodotti. Gli elementi utilizzati per il sistema progettato sono pulsantiere multifunzioni,
termostati, rilevatori di luminosità, ricevitori IR, valvole per rubinetti, sensore
meteorologico, sensori per gas, fumo e allagamento e attuatori per luci, motorizzazioni
e fan-coil.
Figura 28: interfaccia di collegamento al BUS KNX
SISTEMA D’ALLARME
Il sistema d’allarme è costituito da tutti quei dispositivi che cooperano per
garantire sicurezza all’utente, sia dal punto di vista ambientale che da quello
personale. Per la sicurezza ambientale sono stati utilizzati sensori che utilizzano lo
standard KNX per rilevare possibili allagamenti, incendi o fughe di gas. Per quanto
riguarda la sicurezza personale, invece, si sarebbe potuto utilizzare sensori basati su
67
standard KNX ma l’impianto risultante non sarebbe stato a norma e sarebbe risultato
molto costoso. Si è deciso, quindi, di scegliere un impianto di sicurezza antintrusione
munito di sensori di presenza e di sensori per finestre e di integrarlo nel sistema
domotico. Dato che Home Innovation collabora con RISCO, azienda israeliana leader
nel settore antintrusione, e ne integra nativamente gli impianti attraverso la piattaforma
HI Control, è stato utilizzato il sistema Prosys.FreeCom 16 di loro produzione. Tutti i
prodotti RISCO sono caratterizzati dall’utilizzo di un BUS centralizzato, ovvero dalla
presenza di un dispositivo centrale che coordina tutti gli altri dispositivi (vedi Figura 29).
La comunicazione interna è effettuata utilizzando il protocollo ModBUS mentre la
comunicazione verso il mondo esterno avviene su porta Ethernet inviando i messaggi
codificati secondo il protocollo ModBUS TCP/IP. La piattaforma HI Control è
perfettamente in grado di leggere ed elaborare i messaggi scritti in questo linguaggio.
Figura 29: cablaggio del sistema antintrusione RISCO
SISTEMA AUDIO-VIDEO
Il sistema audio-video si occupa di distribuire i segnali provenienti da una o più
sorgenti audio-video nelle diverse stanze. Grazie ad esso è possibile, ad esempio,
permettere all’utente di poter ascoltare una stazione radio in qualsiasi stanza, anche se
la radio non è fisicamente presente nel locale. È possibile anche ascoltare un brano o
visualizzare un filmato archiviati in una memoria dislocata in un'altra zona della
struttura. Per l’impianto domotico della struttura si è scelto di utilizzare un impianto
marchiato TUTONDO, azienda italiana leader del settore nei sistemi “multi-room” che
negli ultimi anni ha stretto una collaborazione con l’azienda Home Innovation. In tutti gli
impianti TUTONDO i dispositivi comunicano su un BUS con un protocollo di
68
comunicazione proprietario. Alcune informazioni di tale protocollo sono state rese
disponibili all’azienda Home Innovation per permettere di integrare nativamente i
prodotti TUTONDO nella piattaforma HI Control. La comunicazione avviene tramite
cavo Ethernet e i messaggi vengono impacchettati secondo le regole del protocollo
UDP.
Figura 30: matrice audio-video TUTONDO
VIDEOCITOFONO
L’integrazione del videocitofono con il sistema domotico consente di
visualizzare l’immagine dell’ospite direttamente sul dispositivo Touch-Screen da cui si
governa l’impianto globale. È inoltre possibile, nel caso l’operatore non si accorgesse
del messaggio sul pannello Touch-Screen, effettuare una deviazione della citofonata
sul telefono cellulare dell’operatore o sul televisore. Si è scelto di utilizzare un
videocitofono della 2N che utilizza il protocollo di comunicazione SIP (protocollo
standard basato su IP). In questo caso la piattaforma HI Control si limita a leggere le
informazioni e deviarle sugli altri dispositivi, senza effettuare alcun salvataggio dei dati.
Figura 31: videocitofono
69
Nella Figura 32 si può vedere, in forma schematizzata, l’integrazione effettuata
dal dispositivo HI Control.
Figura 32: integrazione tra i diversi sistemi attraverso la piattaforma HI Control
8.4. Scenari
Un grande contributo fornito da un impianto domotico nella vita di tutti i giorni è
rappresentato dalla possibilità di creazione degli scenari, ovvero dalla possibilità di
memorizzare delle sequenze di azioni per poterle in seguito richiamare attraverso la
pressione di un solo pulsante o attraverso una programmazione oraria. Questo servizio
mette in luce tutti i vantaggi ottenibili grazie all’integrazione. Nella configurazione di
questo sistema domotico si è scelto di implementare una serie di scenari standard.
Nelle prossime pagine, per ogni scenario viene riportata una tabella nella quale si
possono identificare tutte le funzioni che vengono eseguite al momento della sua
attivazione e, per ognuna di esse, i luoghi interessati, il tempo di attesa che deve
essere rispettato prima di eseguire l’operazione e la condizione, se presente, che deve
essere verificata per permettere di avviare l’azione.
70
USCITA DALLA STRUTTURA
Scenario attivabile attraverso la pressione di un pulsante posto accanto alla
porta d’ingresso. Tutte le funzioni al suo interno prevedono un ritardo di almeno 1
minuto per consentire anche all’operatore di poter uscire dalla struttura prima della sua
attivazione. In seguito, è possibile modificare tale ritardo dal pannello Touch-Screen.
Tabella 17: scenario "Uscita dalla struttura"
AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE
Deviazione citofonate su cellulare 1 min.
Chiusura rubinetto del gas e dell’acqua Ovunque 1 min.
Spegnere tutte le luci Ovunque 1 min.
Abbassare le tapparelle Ovunque 1 min.
Disattivare tutte le prese Ovunque 1 min. Non attive
Attivare sist. di sicurezza antintrusione Ovunque 3 min. Tappar. abbassate
Imposta temperatura di risparmio Ovunque 1 min.
RIENTRO NELLA STRUTTURA
Scenario attivabile attraverso la pressione di un pulsante posto all’ingresso
dell’abitazione, accanto al precedente.
Tabella 18: scenario "Rientro nella struttura"
AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE
Ripristina citofonate
Riapertura rubinetto di gas e acqua Ovunque
Alzare le tapparelle Soggiorno
Accendere tutte le luci Soggiorno
Disattiva sist. di sicurezza antintrusione Ovunque
Imposta SP corretto Ovunque
BUONANOTTE
Scenario attivabile sia attraverso il dispositivo Touch-Screen che tramite
l’impostazione di un timer. Si può decidere, ad esempio, che venga eseguito tutte le
sere alle ore 23.00.
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Tabella 19: scenario "Buonanotte"
AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE
Chiusura rubinetto del gas Cucina
Spegnere tutte le luci Zona giorno e zona notte
Riduzione della luminosità al 20 % Corridoio
Abbassare le tapparelle Ovunque
Disattivare tutte le prese Ovunque Non attive
Attivare sist. di sicurezza antintrusione Zona giorno 3 min. Tappar. abbassate
Imposta temperatura di risparmio Ovunque 30 min.
BUONGIORNO
Scenario attivabile tramite l’impostazione di un timer. Si può decidere, ad
esempio, che venga eseguito tutte le mattine alle ore 7.00. Nella Tabella 20 si può
notare la presenza un ritardo negativo in quanto l’impostazione della temperatura ad
un Set Point differente rispetto a quello mantenuto durante le ore notturne deve
avvenire 30 minuti prima del risveglio.
Tabella 20: scenario "Buongiorno"
AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE
Imposta SP Ovunque -30 min.
Disattivare sistema allarme Zona giorno Non allarme
Riapertura rubinetto del gas Zona giorno
Accendere tutte le luci dimmer al 50% Zona notte
Alzare le tapparelle Zona notte e corridoio 5 min.
Aumento della luminosità al 50 % Corridoio 6 min. Poca luce
Alzare le tapparelle Zona giorno 20 min.
GIORNO
Scenario attivabile sia attraverso il dispositivo Touch-Screen che tramite
l’impostazione di un timer. Si può decidere, ad esempio, che venga eseguito tutti i
giorni alle ore 10.00.
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Tabella 21: scenario "Giorno"
AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE
Spegnere tutte le luci Zona notte
Impostare la luminosità al 20 % Corridoio
Abbassare le tapparelle Zona notte
Disattivare tutte le prese Zona notte Non attive
Imposta temperatura di risparmio Zona notte e corridoio
ATTIVA PRESE COMANDATE
Scenario attivabile attraverso il dispositivo Touch-Screen.
Tabella 22: scenario "Attiva prese comandate"
AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE
Attivare tutte le prese Ovunque
DISATTIVA PRESE COMANDATE
Scenario attivabile attraverso il dispositivo Touch-Screen.
Tabella 23: scenario "Disattiva prese comandate"
AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE
Disattivare tutte le prese Ovunque Non utilizzate
FILM
Scenario attivabile attraverso il dispositivo Touch-Screen.
Tabella 24: scenario "Film"
AZIONE DOVE RITARDO CONDIZIONE
Riduzione luci al 20 % Sala attività
Nel momento in cui viene attivato uno scenario vengono eseguite tutte le
operazioni in esso memorizzate e vengono fatti partire i timer per quelle funzioni che
prevedono un certo ritardo. È comunque sempre possibile modificare gli stati impostati
dallo scenario eseguendo le operazioni “manualmente”. Per capire meglio, se ad
73
esempio di notte la temperatura della camera impostata attraverso lo scenario non è
quella desiderata, l’utente può utilizzare il proprio telecomando IR per modificarla.
8.5. Logica di funzionamento dei dispositivi
Per effettuare una corretta integrazione tra i diversi impianti è necessario capire
la logica con cui sono relazionati gli eventi. Se la progettazione è fatta in modo
accurato, integrando l’impianto di automazione con gli altri sistemi presenti nella
struttura si può ottenere un enorme vantaggio. Uno slogan dell’azienda Home
Innovation dice “Il tutto è più della somma delle sue parti”, il che vuole sottolineare che
un unico sistema domotico permette di ottenere una gestione dell’abitazione molto più
semplice ed efficace di quella che si avrebbe utilizzando più impianti disgiunti.
Nelle prossime pagine si riportano alcuni esempi che evidenziano la modalità
con cui viene eseguita una determinata azione in seguito al verificarsi di un
determinato evento. Per la rappresentazione grafica si è scelto di utilizzare i diagrammi
offerti dal linguaggio di modellazione unificato UML. Tale linguaggio fornisce la
possibilità di descrivere, attraverso degli schemi standard, la logica con la quale i
diversi componenti del sistema comunicano e interagiscono tra loro. Per semplificare
l’analisi del sistema, esso è stato suddiviso in sottosistemi composti da operazioni
meno complesse che sono stati, in seguito, analizzati separatamente. Per prima cosa,
è stato definito lo Use Case (caso d’uso), il che significa che sono stati individuati gli
elementi principali che interagiscono con il sottosistema (“attori”) e tutte le operazioni
che essi compiono. A questo punto si è passati alla creazione dello Use Case Diagram
(diagramma del caso d’uso), dove si possono identificare due tipologie di elementi, gli
attori e le azioni da essi compiute. Da questo è stato, quindi, definito l’Activity Diagram
(diagramma delle attività) per evidenziare le attività che devono essere svolte per
realizzare una data funzionalità. Infine, è stato modellato il Sequence Diagram
(diagramma di sequenza) che descrive l’intera sequenza delle azioni che vengono
compiute dai diversi componenti del sottosistema.
Il primo esempio riportato riguarda il caso più banale, in cui si accende una
lampadina in seguito alla pressione di un pulsante. Nella Figura 33 si possono vedere
tutti e tre i diagrammi di cui si è parlato precedentemente. Il primo, Use Case Diagram,
identifica chi esegue l’azione (l’utilizzatore), e che azione esegue (accende/spegne la
luce). Il secondo, Activity Diagram, sottolinea la sequenza delle operazioni che portano
all’accensione o allo spegnimento della luce. Il terzo, Sequence Diagram, descrive ciò
che avviene nel momento in cui viene premuto il pulsante. Siccome sia il pulsante che
74
l’attuatore di comando delle luci utilizzati nell’impianto in oggetto comunicano
attraverso il protocollo KNX, i messaggi che si scambiano sono tutti telegrammi KNX.
La freccia che collega, invece, l’attuatore con la lampadina rappresenta la
chiusura/apertura del circuito per alimentare la lampadina.
Utilizzatore
Accendi/Spegni la
luce
Use Case Diagram
Pressione pulsante Pressione Touch-Screen
Accendi/Spegni la luce
Activity Diagram
Pulsante Attuatore OnOff
Accendi luce
Messaggio ricevuto (ACK)
Spegni luce
Messaggio ricevuto (ACK)
Utente
Preme
Lampadina
Accendi luce
Spegni luce
Sequence Diagram
Preme
Figura 33: diagrammi UML per l'accensione di una lampadina tramite l’interruttore
Il Sequence Diagram diventa leggermente più complesso nel caso in cui la luce
venga comandata utilizzando il dispositivo Touch-Screen (vedi Figura 34). Quando
viene richiesta l’accensione di una luce, esso invia alla piattaforma HI Control un
messaggio contenente l’indirizzo del destinatario e l’azione da eseguire: la
comunicazione avviene inviando dati in formato XML tramite protocollo TCP/IP. La
piattaforma HI Control risponde inviando la conferma di avvenuta ricezione (ACK
TCP/IP) e provvede ad inoltrare il messaggio verso il BUS destinatario. Qui entra in
campo l’interfaccia del BUS KNX che traduce il messaggio in un telegramma KNX e lo
inoltra verso l’attuatore on-off, che agisce come nel caso precedente. Nella piattaforma
HI Control viene quindi salvato il nuovo stato che viene anche visualizzato sul
dispositivo Touch-Screen.
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Touch-Screen Attuatore OnOff
Accendi luce
Nuovo stato
Spegni luce
Utente
Preme
Lampadina
Accendi luce
Spegni luce
Hi Control
Accendi luce
Nuovo stato
Spegni luce
Nuovo stato
Interfaccia al BUS
Accendi luce
Messaggio ricevuto (ACK)
Spegni luce
Messaggio ricevuto ACK
Sequence Diagram
ACK TCP IP
Preme
ACK TCP IP
Nuovo stato
Figura 34: Sequence Diagram per l'accensione di una lampadina tramite Touch-Screen
Una soluzione alternativa può essere rappresentata dall’accensione automatica
di una luce nel momento in cui una persona entra in una stanza. Non vengono riportati
lo Use Case Diagram e l’Activity Diagram in quanto sono equivalenti a quelli illustrati
precedente con la sola differenza che in questo caso l’azione viene eseguita
automaticamente in seguito al rilevamento di movimento tramite un sensore di
presenza. Si riporta, invece, nella Figura 35, il Sequence Diagram. Nel momento in cui
il sensore rileva un movimento, esso, tramite la centrale RISCO, invia un messaggio
ModBUS TCP/IP verso la piattaforma HI Control. All’arrivo del messaggio, l’interfaccia
ModBUS della piattaforma effettua la traduzione nel linguaggio parlato al suo interno e
salva le informazioni in un database interno. Hi Control elabora, quindi, le informazioni
consultandole con quelle in archivio e capisce che deve essere accesa una luce. Crea,
quindi, un messaggio e lo invia all’interfaccia al BUS KNX che agisce come nel caso
precedente.
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Rilevatore di presenza Attuatore OnOff
Movimento rilevato
Nessuna presenza
Lampadina
Accendi luce
Spegni luce
Hi Control
Accendi luce
Nuovo stato
Spegni luce
Nuovo stato
Interfaccia al BUS
Accendi luce
Messaggio ricevuto ACK
Spegni luce
Messaggio ricevuto ACK
Interfaccia ModBUS
Movimento rilevato
Nessuna presenza
Sequence Diagram
Elaborazione
Touch Screen
Nuovo stato
Elaborazione
Nuovo stato
Figura 35: Sequence Diagram per l'accensione di una lampadina con sensore di presenza
Si riporta, infine, un esempio relativo ad un caso più complesso in cui vengono
comandati numerosi dispositivi, anche appartenenti a sistemi diversi. Più
precisamente, riguarda il caso dello scenario Buonanotte, descritto nel capitolo 8.4.
Come si può vedere nello Use Case Diagram (Figura 36), attivando lo scenario l’utente
esegue molte operazioni legate al sistema di automazione domestico e comunica
anche con il sistema d’allarme per attivare il sistema di sicurezza antintrusione.
Utilizzatore
Spegni luce zona
giorno e zona notte
Imposta luci
corridoio al 20%
Abbassa le
tapparelle
Chiudi GAS Disattiva prese
non utilizzate
Imposta
temperatura di risparmio
Attiva sistema di
sicurezza antintrusione
{Attendi 3 minuti
Tapparelle abbassate}
{Attendi 30 minuti}
Use Case
Figura 36: Use Case Diagram dello scenario "Buonanotte"
L’Activity Diagram (Figura 37) evidenzia le due azioni che possono scatenare
l’evento, ovvero la pressione del “pulsante” sul dispositivo Touch-Screen oppure l’avvio
automatico ad un orario prefissato, e le operazioni che devono essere eseguite. Alcune
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di queste vengono avviate istantaneamente, mentre altre avvengono dopo lo scadere
di un tempo fissato attraverso alcuni Timer.
Pressione pulsante Timer: Ora 23.00
Chiudi gas
Spegni luci zone giorno e notte
Imposta luci corridoio 20 %
Abbassa tapparelle
Disattiva prese non usateTimer 3 minuti Timer 30 minuti
Attiva sicurezza Imposta temp. risp.
Activity Diagram
Figura 37: Activity Diagram dello scenario "Buonanotte"
Il Sequence Diagram mostra la sequenza di tutti i messaggi che vengono inviati
per attivare i diversi dispositivi. Il funzionamento è identico a quello spiegato
precedentemente per l’accensione di una lampadina da Touch-Screen, eccetto
l’attivazione del sistema d’allarme antintrusione RISCO. In questo caso, l’informazione
non segue il percorso degli altri comandi, cioè non passa dall’interfaccia che collega
l’integratore al BUS KNX, ma esce dalla piattaforma HI Control attraverso l’interfaccia
ModBUS. Quest’ultima ha il compito di tradurre il comando in un messaggio ModBUS
TCP/IP ed inviare il messaggio alla centralina RISCO, che inoltra poi gli ordini ai
dispositivi interessati. La Figura 38 è una rappresentazione semplificata del Sequence
Diagram in cui sono stati omessi i dispositivi di interfacciamento e i dispositivi di
attuazione.
79
8.6. ETS
Questo capitolo è dedicato alla descrizione del linguaggio di programmazione
utilizzato per configurare il sistema d’automazione. Il software ETS è un programma
dotato di un’interfaccia grafica semplice e intuitiva che permette di progettare e
configurare qualsiasi impianto d’automazione basato su standard KNX.
All’avvio del programma appare una schermata che consente di creare un
nuovo progetto e di selezionare la modalità con cui deve avvenire la comunicazione,
cioè inviando i messaggi sullo stesso cavo di potenza (PL=Power Line) oppure su una
linea BUS dedicata (TP=Twisted Pair): per l’impianto d’automazione in esame è stata
scelta la modalità TP. Dopo aver premuto invio si presenta la schermata riportata nella
Figura 39.
Figura 39: ETS
La finestra è divisa in tre riquadri. Il primo riquadro, “Topologia”, serve per
organizzare gerarchicamente la rete, suddividendola in aree e linee (vedi capitolo
4.4.6). Il secondo riquadro, “Edifici”, è, invece, utilizzato per creare la struttura
topologica dell’edificio. Infine, la parte “Indirizzi di gruppo” viene utilizzata per
raggruppare i dispositivi a seconda delle funzioni da assolvere.
I dispositivi possono essere inseriti nel progetto sia dalla finestra Topologia che
dal riquadro Edifici. Nella creazione dell’impianto si è scelto di non utilizzare il riquadro
Topologia, in quanto in un sistema progettato per un’abitazione dalle dimensioni simili
a quella in esame è sufficiente utilizzare una sola linea. Si è passati, quindi, alla
creazione della struttura dell’abitazione dal riquadro Edifici. Per prima cosa è stata
80
effettuata una suddivisione dell’abitazione nelle tre zone viste nel capitolo 8.1.
Successivamente, in ognuna di queste, sono stati aggiunti i diversi locali che la
compongono. Infine, si è proceduto all’inserimento dei dispositivi direttamente nelle
stanze in cui dovranno poi essere installati (vedi Figura 40). Dato che nel database
originale del programma non erano presenti i dati dei dispositivi utilizzati è stato
necessario effettuare un collegamento al sito del produttore (il sito dell’azienda JUNG)
e scaricare uno a uno i vari database (uno per ogni tipologia di dispositivi). Una volta
importati all’interno del programma, cliccando con il tasto destro del mouse sulla
singola stanza e premendo sulla voce “aggiungi dispositivo” sono stati inseriti
all’interno dei locali. Per velocizzare l’operazione, si è scelto di aggiungere un solo
dispositivo per ogni tipologia, configurarlo opportunamente e poi copiarlo nelle altre
stanze in cui deve essere presente. Al momento dell’inserimento del dispositivo in un
determinato ambiente, ad esso viene automaticamente associato un indirizzo
identificativo e viene direttamente inserito all’interno della linea. Si può, quindi, in
seguito visualizzare anche dalla finestra Topologia.
Figura 40: ETS - Edifici
Si è detto poco fa che quando un dispositivo viene inserito nel progetto si rende
necessario modificare le sue proprietà per permettergli di assolvere alle funzioni
desiderate. Per modificare le sue impostazioni si deve premere con il tasto destro del
mouse sull’icona del dispositivo inserito e cliccare sulla voce “Modifica parametri”. Così
facendo si apre una schermata che rende possibile scegliere tra un elenco di
81
caratteristiche preconfigurate. Nelle prossime pagine vengono illustrate e commentate
brevemente le impostazioni dei principali dispositivi utilizzati.
La prima figura (Figura 41) riporta la configurazione dell’attuatore usato per comandare
le tapparelle presenti all’interno della struttura. Nella parte destra si può vedere la
finestra da utilizzare per configurare le varie uscite del dispositivo. Le prime tre voci
consentono di modificare le impostazioni generali del dispositivo, come ad esempio la
scelta della modalità di funzionamento, che può essere a 24V CC o a 230V CA e
l’abilitazione alla possibilità di comandarlo manualmente nel caso in cui si verifichi
un’assenza di tensione sulla linea BUS. Poi si passa alla configurazione delle singole
uscite. Le prime cose da fare sono scegliere la tipologia di dispositivi che l’uscita deve
comandare, che nel caso in esame sono le tapparelle, abilitare il rilevamento di
possibili allarmi di vento, pioggia o gelo e scegliere l’azione che deve essere eseguita
in alcuni casi particolari, come ad esempio alla fine della programmazione
dell’attuatore stesso. Dalla voce “Time settings” è possibile abilitare il rilevamento
automatico del “fine corsa” e impostare alcuni parametri riguardo il modo di comandare
la tapparella. Poi dalla voce “Enabled functions” si possono abilitare le altre funzionalità
dell’uscita, che vengono configurate attraverso le voci successive. Queste consentono
di abilitare possibili feedback per monitorare la posizione della tapparella, ordinare di
eseguire determinate azioni nel caso sia attivo uno degli allarmi abilitati
precedentemente, impostare dei possibili scenari, permettere di bloccare la tapparella
in una determinata posizione e fissare un grado di priorità differente alle azioni manuali
rispetto a quelle automatiche. Una volta finita la configurazione delle varie uscite si
preme sul tasto OK per chiudere la finestra. Nell’immagine riportata si può notare che
dietro la finestra di configurazione è presente una griglia contenente un insieme di
informazioni. Tali informazioni sono tutti gli oggetti che sono stati creati attraverso la
configurazione del dispositivo. Come verrà spiegato verso la fine di questo capitolo,
questi oggetti sono gli elementi che devono essere trascinati negli indirizzi di gruppo
per permettere al dispositivo di comunicare con gli altri (attraverso i rispettivi oggetti).
83
La Figura 42 mostra invece la schermata di configurazione relativa all’attuatore dimmer
utilizzato per regolare l’intensità luminosa delle luci. Le prime tre voci permettono di
cambiare le impostazioni generali del dispositivo in oggetto e sono molto simili a quelle
dell’attuatore per tapparelle visto precedentemente. Le funzioni relative alle singole
uscite sono invece leggermente differenti in quanto offrono un servizio diverso. La
sezione “General”, oltre alle caratteristiche offerte anche dall’altro attuatore, permette
di scegliere il tipo di carico che viene collegato, il livello di luminosità massimo che può
essere raggiunto, la percentuale di luminosità a cui deve essere accesa una lampadina
se si sceglie l’accensione non dimmer e la reazione che l’uscita deve avere in seguito
alla rilevazione di un determinato valore di luminosità. Anche per questo dispositivo è
presente una voce per abilitare le diverse funzionalità di un’uscita. Attraverso di esse è
possibile selezionare alcune informazioni di feedback, impostare un ritardo
nell’accensione o nello spegnimento di una lampadina, impostare un intervallo di
tempo in cui mantenere accese le luci, selezionare come effettuare il comando on-off
anziché dimmer, impostare una soglia al di sotto della quale le luci devono essere
spente automaticamente, creare scenari e tenere monitorate le ore di lavoro attraverso
un contatore interno.
Figura 42: ETS - Attuatore dimmer
84
Nella Figura 44 è presente la finestra di configurazione dell’interfaccia a 2 ingressi
utilizzata per collegare gli interruttori al cavo BUS. Essendo solamente un’interfaccia di
collegamento le impostazioni da cambiare non sono moltissime. Nell’impostazione
generale del dispositivo l’unico valore importante è quello relativo al tipo di funzione
che devono svolgere i due canali. Per quanto riguarda il singolo ingresso, invece, è
importante selezionare il tipo di funzione che deve essere eseguita: nel caso in esame
è la variazione on-off tipica di un interruttore, ma si sarebbe potuto anche scegliere di
utilizzarlo per un comando dimmer o per incrementare un contatore in base al numero
di switch. Si devono, quindi, selezionare i comandi che devono essere eseguiti nel
fronte di salita, cioè quando il segnale passa da 0 a 1, e nel fronte di discesa, quando
passa da 1 a 0. Si è scelto di utilizzare gli interruttori con la loro funzione tradizionale,
per cui è prevista l’accensione nel fronte di salita e lo spegnimento nell’altro fronte.
Un'altra possibile soluzione poteva essere quella di utilizzarlo come un pulsante,
selezionando di invertire lo stato dell’uscita (toggle) solo nel fronte di salita (Figura 43).
Figura 43: funzionamento pulsante (a) e interruttore (b)
Ritornando ad esaminare la Figura 44 si può notare che viene data la possibilità,
attraverso un solo interruttore, di comandare due dispositivi differenti, impostando
correttamente l’oggetto 1.2. Nel caso in esame ciascun interruttore deve comandare un
solo dispositivo per cui entrambi i fronti dell’oggetto 1.2 sono stati impostati sulla voce
“no reaction”.
a) pulsante
b) interruttore
85
Figura 44: ETS - Interfaccia a due ingressi
Infine, nella Figura 45 si riporta la schermata relativa alla configurazione del
termostato. Si nota subito che la finestra è molto più complessa di quelle esaminate
precedentemente. Questo è dovuto al fatto che il termostato utilizzato è un dispositivo
in grado di effettuare numerose operazioni. Di seguito si riportano solamente le
caratteristiche selezionate per una configurazione ottimale per l’impianto progettato. Il
livello generale è stato utilizzato per modificare le impostazioni relative al display, come
la scelta delle informazioni da visualizzare, del linguaggio per visualizzarle e della
possibilità di accendere una luce interna per favorire la lettura. Poi attraverso la voce
“Room Temperature Measurement” sono state modificate le impostazioni relative al
sensore di temperatura interno al termostato. La parte “Pushbutton” è stata invece
utilizzata per la configurazione dei pulsanti. Come si può vedere nella parte destra
della figura, infatti, il dispositivo è composto da un display e da 6 pulsanti. Ciascun
pulsante può essere configurato come interruttore, per comandare ad esempio una
tapparella, o come due bottoni separati, per comandare le luci. Altre funzioni impostate,
importanti da citare, riguardano la regolazione del Set Point, la possibilità di controllare
i dispositivi fan-coil con tre velocità diverse all’avvicinarsi allo Set Point, la
configurazione delle pagine da visualizzare sul display e l’abilitazione alla funzione sia
di riscaldamento per l’inverno che di refrigerante per l’estate.
86
Figura 45: ETS - Termostato
Dopo aver configurato i diversi dispositivi si è passati all’assegnazione degli
indirizzi di gruppo. Si ricorda che tali indirizzi sono utilizzati per raggruppare tutti i
dispositivi che cooperano per permettere di eseguire determinate funzioni. È stato
deciso di effettuare una suddivisione logica degli indirizzi di gruppo simile a quella
descritta all’interno del capitolo 4.4.6, in modo da rendere più leggibile il programma e
da consentire di poter apportare modifiche in futuro senza dover perdere troppo tempo
nel capire la struttura dell’indirizzamento. Si consideri la Figura 46 per comprendere
meglio la suddivisione. Come gruppi principali sono stati scelti i diversi impianti e le
funzionalità generiche, come l’impianto di illuminazione, la gestione della temperatura,
le motorizzazioni, ecc.. I gruppi intermedi rappresentano, invece, le funzioni vere e
87
proprie, come la gestione delle luci on-off, quella delle luci dimmer o quella automatica
delle luci in generale. I sottogruppi indicano, infine, le funzioni presenti nei singoli locali.
Figura 46: ETS - Indirizzi di gruppo
Per completare la configurazione dell’impianto, in ciascun sottogruppo è stato
necessario trascinare gli oggetti dei diversi dispositivi che collaborano per offrire il
servizio identificato. Si riprende l’esempio introdotto nella descrizione dell’attuatore per
tapparelle. Come si può vedere nella Figura 47, sulla destra del riquadro Edifici sono
elencati tutti gli oggetti che sono stati creati configurando il dispositivo di attuazione.
Per ognuno di essi è presente un insieme di informazioni, tra cui, le più importanti sono
88
il numero identificativo, il nome e la funzione che esso rappresenta. Nella figura si
possono vedere tutti gli oggetti relativi agli allarmi e alla prima uscita dell’attuatore.
Trascinando l’oggetto numero 10 nell’indirizzo di gruppo relativo al comando della
tapparella presente nella camera operatore e trascinando al suo interno anche
l’oggetto numero 18 del primo interruttore presente sul termostato della stessa camera,
si ordina al sistema di alzare o abbassare la tapparella ogniqualvolta venga premuto
l’interruttore. Essendo i due oggetti i “rappresentanti” della funzione Long-Time
Operation la tapparella si muove tenendo premuto il pulsante. Se fosse stato scelto
l’oggetto 11 dell’attuatore e l’oggetto 0 del termostato (entrambi “rappresentanti” della
funzione Short-Time Operation), invece, per alzare o abbassare del tutto la tapparella
si renderebbe necessario premere il pulsante più volte.
Figura 47: ETS - Utilizzo degli oggetti
8.7. HI System
La parte conclusiva del progetto è stata la realizzazione di un’interfaccia grafica
unica per supervisionare l’intero impianto domotico. Attraverso un dispositivo Touch-
Screen, un palmare o un dispositivo equivalente è, quindi, possibile collegarsi alla
piattaforma HI Control e utilizzare questo applicativo per comandare tutti i dispositivi
presenti nell’abitazione, monitorare il loro stato, visualizzare i possibili allarmi ed
eseguire altre possibili operazioni utili nella gestione dell’intero sistema. In questo
modo viene permesso all’utente di avere sempre tutto sotto controllo.
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Il software utilizzato per realizzare questa interfaccia grafica è HI System
Planning, di creazione dell’azienda Home Innovation. Nella schermata iniziale è stato
necessario cliccare sulla voce “Nuovo” per creare un nuovo progetto su cui lavorare.
Dopo aver definito il nome del progetto e avere importato la configurazione
dell’impianto d’automazione, si è passati alla creazione dei diversi ambienti da gestire.
Innanzitutto, si è deciso di creare una schermata contenente la planimetria dell’intera
struttura per inserire al suo interno le icone di comando e di monitoraggio dei dispositivi
principali da controllare, quali i sensori del sistema d’allarme, le luci basilari delle varie
stanze e la temperatura della zona giorno e della zona notte. Si è scelto di identificare
tale schermata con il nome “CERRIS”. Poi l’intera planimetria è stata suddivisa in
quattro zone più piccole per creare altrettante schermate al fine di consentire una più
facile visualizzazione e gestione delle icone di comando di tutti i dispositivi presenti
nella struttura. Le schermate sono state create semplicemente suddividendo la
planimetria in quattro parti di dimensioni simili, che prendono il nome di parte 1, parte
2, parte 3 e parte 4 (vedi Figura 48). Una possibile alternativa sarebbe stata quella di
creare una schermata per ogni singola stanza ed inserire al suo interno una fotografia
del locale, in modo da rendere la gestione ancora più intuitiva ma, data la presenza di
numerosi ambienti, si è preferito raggrupparli in quattro zone.
Figura 48: HI System - Suddivisione della planimetria
90
Successivamente sono stati definiti alcuni filtri, utili per poter visualizzare i
dispositivi solo in determinate schermate. Per ogni sezione (Gestione, Sicurezza e
Media), si è scelto di creare una schermata dove vengono visualizzati tutti i dispositivi e
altre dove vengono filtrati i dispositivi in base alla loro tipologia. Nella Figura 49 si
possono vedere tutti i filtri che sono stati creati per la sezione “Sicurezza”.
Figura 49: HI System - Creazione filtri
Dopo aver salvato le impostazioni è stato possibile procedere all’inserimento
dei dispositivi all’interno dei diversi ambienti. Come si può vedere nella Figura 50, nella
parte sinistra della finestra è presente un elenco di tutti i dispositivi che si possono
utilizzare, raggruppati per categoria. A ciascuno di essi è associata un’icona grafica
modificabile che permette di identificare rapidamente i diversi apparecchi. È stato,
quindi, sufficiente trascinare ciascun dispositivo nel locale desiderato e, per ciascuno di
essi, procedere alla configurazione dei parametri attraverso le sezioni “Proprietà” e
“Sezione-Filtri” (parte in basso a sinistra della figura). Le principali voci che sono state
modificate sono quella per decidere se permettere di comandare il dispositivo o
monitorarlo solamente e quelle relative ai valori che il dispositivo può assumere, che
possono essere, ad esempio, 0 o 1 per i dispositivi on-off oppure da 0 a 100 per i
dispositivi dimmer. “Sezione-Filtri” è stato, invece, utilizzato per filtrare i dispositivi in
modo da poterli visualizzare solamente in determinate schermate. Per fare un
esempio, un dispositivo quale il rilevatore di presenza, è stato filtrato per essere
visualizzato solamente dalla sezione “Sicurezza”, in quanto appartiene al sistema
d’allarme, e, al suo interno, nelle pagine “Tutti” e “Sensore di presenza”.
91
Figura 50: HI System - Finestra progetto
Attraverso la voce di menu “Strumenti” è possibile modificare le impostazioni
che sono state definite al momento della creazione del progetto. È possibile, ad
esempio, aggiungere nuovi ambienti da visualizzare, cambiare le immagini associate a
ciascun ambiente o creare dei filtri differenti da quelli attuali. Sempre sotto “Strumenti”
si possono trovare altre due importanti sezioni che sono state utilizzate per creare le
automazioni del sistema: “Gestione scenari” e “Gestione evento azioni”. Premendo
sulla voce “Gestione scenari” si è aperta una schermata dalla quale è stato possibile
implementare tutti gli scenari illustrati nel capitolo 8.4. Essa è divisa in due parti. Dalla
parte in alto è stato definito il nome da associare allo scenario, mentre nel resto della
pagina è stato possibile selezionare i diversi dispositivi che devono essere comandati
e, per ognuno di essi, l’operazione che deve essere eseguita e l’eventuale ritardo che
deve essere rispettato. Attraverso “Gestione evento azioni”, invece, è stato possibile
impostare l’azione da eseguire qualora siano verificate una o più condizioni. La
schermata è divisa in tre parti. La parte superiore, come nel caso precedente, ha
permesso di definire il nome dell’evento. Nella parte centrale sono stati selezionati,
invece, i dispositivi per i quali deve essere verificata una determinata condizione e la
condizione stessa. Nella parte inferiore, infine, è stata selezionata l’azione che deve
essere eseguita (vedi Figura 51).
92
Figura 51: HI System - Logica evento azione
Dopo aver finito di configurare l’interfaccia grafica è stato possibile collaudare il
sistema creato per trovare possibili incongruenze. Questo è stato fatto attraverso un
simulatore messo a disposizione dall’applicazione stessa che permette di utilizzare
l’interfaccia grafica così come verrà utilizzata sul dispositivo Touch-Screen, senza la
necessità di collegare alcun dispositivo. Per poter verificare tutte le funzioni che offre
l’impianto si è scelto di sbloccare i dispositivi così da poterli comandare tutti. In questo
modo, è stato possibile, ad esempio, verificare che al passaggio di una persona
venisse accesa la luce del locale, attivando manualmente il sensore di presenza.
All’avvio della simulazione si presenta una schermata che permette di effettuare una
scelta tra sette possibili opzioni (come visualizzato nella Figura 52): “Gestione”,
“Sicurezza”, “Scenari”, ”Risparmio”, “Media”, “Com.” e “Utili”.
93
Figura 52: HI System - Simulazione
Entrando nella sezione “Gestione” si apre una schermata (vedi Figura 53) che
permette di visualizzare e di comandare tutti i dispositivi appartenenti all’impianto
d’automazione, come l’illuminazione, la climatizzazione, le motorizzazioni, le prese
comandate, il sensore di luminosità e quello meteorologico. La parte destra consente di
selezionare l’ambiente da gestire in modo da consentire una migliore visualizzazione
delle icone e, quindi, una migliore gestione dell’abitazione. In alto, invece, sono
presenti i filtri che sono stati creati precedentemente per visualizzare e comandare solo
determinati gruppi dispositivi: dall’immagine si può vedere che si possono gestire tutti i
dispositivi oppure si possono selezionare separatamente l’impianto d’illuminazione, le
motorizzazioni, le prese comandate e la climatizzazione. Entrando nel dettaglio, da
questa schermata è possibile comandare tutte le luci, consentendo anche una
regolazione della percentuale di luminosità delle luci dimmer attraverso una barra
verticale disposta accanto alla luce in oggetto, monitorare la temperatura presente nei
diversi ambienti, impostare la temperatura che si vuole raggiungere, comandare le
tapparelle (in modo analogo alle luci dimmer), attivare o disattivare le prese comandate
e monitorare la luminosità interna e lo stato meteorologico di vento, pioggia e sole.
94
Figura 53: HI System - Gestione
La sezione “Sicurezza”, invece, permette di controllare il sistema d’allarme
antintrusione RISCO e i sensori utilizzati per la sicurezza ambientale. Anche in questo
caso possono essere scelti i locali da visualizzare e i dispositivi possono essere filtrati
in base al tipo di sensore. Da tale schermata è possibile attivare e disattivare il sistema
d’allarme antintrusione, verificare in ogni momento lo stato dei sensori di rilevazione
presenza e di rilevazione delle finestre aperte, anche con il sistema d’allarme
disinserito, verificare il corretto funzionamento dei singoli dispositivi e monitorare ogni
possibile problema dovuto a fughe di gas, allagamento o incendio. In altre parole, tutto
ciò che è relativo alla sicurezza dell’utente può essere controllato e monitorato da
questa pagina. Nel momento in cui un sensore effettua un rilevamento, l’icona si
illumina e viene animata. Inoltre, se il sistema d’allarme è inserito appare una scritta
che comunica all’utente il problema che si è verificato.
95
Figura 54: HI System - Sicurezza
“Scenari” è la schermata dalla quale si possono attivare tutti gli scenari
precedentemente configurati. Premendo, ad esempio, sulla scritta “Uscita di casa”
vengono eseguite tutte quelle azioni che sono state elencate nella relativa sezione
all’interno del capitolo 8.4. Per tutta la durata dello scenario l’icona accanto ad esso
viene animata. Per gli scenari in cui non vi sono ritardi da rispettare, come ad esempio
in “Film”, tale movimento non viene percepito in quanto la durata dello scenario è
prossima allo 0.
Figura 55: HI System - Scenari
Aprendo la schermata “Risparmio energetico” è possibile monitorare i consumi
di tutto l’impianto e visualizzare le statistiche riguardo all’utilizzo nel tempo. Inoltre, se
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in futuro si vorranno utilizzare fonti di energia rinnovabile, da questa pagina sarà
possibile verificare le risorse di cui si dispone e confrontarle con i consumi.
Figura 56: HI System - Risparmio energetico
Attraverso “Media” è possibile gestire tutto l’impianto audio-video TUTONDO
che si è scelto di integrare. La struttura della pagina è la stessa di “Gestione” e
“Sicurezza”. Per ogni zona in cui è possibile ascoltare musica o visualizzare filmati, è
possibile controllare il funzionamento del ricevitore IR, regolare il volume del locale in
oggetto e selezionare la sorgente.
Figura 57: HI System - Media
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La schermata “Com.” permette di utilizzare il dispositivo Touch-Screen come
videocitofono e di effettuare telefonate VoIP (Voice over IP).
Figura 58: HI System - Com.
Infine, attraverso la voce “Utili” è possibile accedere ad una pagina che fornisce
alcuni strumenti di supporto alla vita di tutti i giorni, come una calcolatrice e una
lavagnetta elettronica. Quest’ultima permette all’operatore di annotare degli appunti
sullo schermo e può rivelarsi molto utile, ad esempio, per ricordare all’operatore del
turno successivo le cose da fare.
Figura 59: HI System - Utili
98
9 SOLUZIONI ADOTTATE PER L’EFFICIENZA
ENERGETICA DELL’EDIFICIO
Nella società odierna, il consumo energetico di un’abitazione è sicuramente uno
dei fattori che contribuisce maggiormente alle spese da sostenere. Per questo motivo il
concetto di efficienza energetica è diventato di centrale importanza nella vita di tutti.
Viene spesso associato al concetto di isolamento termico (impiego di materiali isolanti,
doppi vetri, ecc.), a quello dell’illuminazione (installazione di luci a ridotto consumo
energetico) oppure viene collegato all’utilizzo di elettrodomestici o apparecchiature
elettroniche più efficienti. Tutte queste soluzioni permettono una netta riduzione dei
consumi di energia, ma per riscontrare benefici maggiori e più duraturi è necessario
utilizzare strumenti in grado di monitorare e gestire tutte le risorse.
Sono state emanate diverse leggi, sia a livello nazionale che internazionale, per
specificare i requisiti e i criteri necessari per la progettazione di nuove costruzioni o per
eseguire interventi di riqualificazione energetica di abitazioni esistenti. Tra quelle
pubblicate in Italia, si vogliono ricordare i Decreti Legislativi 192/05 e 311/06 che
stabiliscono l’obbligo di certificazione energetica degli edifici con riferimento sia alla
parte edilizia che agli impianti in essi contenuti. A livello europeo si cita, invece, la
norma CEN EN15232, “Prestazione energetica degli edifici - Incidenza
dell'automazione, della regolazione e della gestione tecnica degli edifici”, che pone in
evidenza la riduzione dei consumi energetici ottenibile grazie all’inserimento negli
edifici di sistemi di controllo e di automazione. Questi sistemi consentono, infatti, di
massimizzare l’efficienza energetica degli impianti dell’edificio in base a differenti
fattori, quali, ad esempio, il livello di occupazione dei singoli ambienti o le condizioni
meteorologiche rilevate all’esterno dell’abitazione, garantendo i massimi livelli di
comfort e sicurezza. Il metodo proposto nella CEN EN15232 è basato su fattori di
efficienza energetica, definiti tramite consistenti statistiche e numerose simulazioni
dinamiche, e consente di determinare il risparmio energetico che si può ottenere
installando un sistema di automazione. In base al livello di automazione installato, gli
impianti si possono suddividere nelle seguenti “Classi di Efficienza”:
- classe D, “NON ENERGY EFFICIENT” (non energeticamente efficiente):
comprende tutti gli impianti tradizionali e privi di automazione che non sono,
quindi, efficienti dal punto di vista energetico;
- classe C, “STANDARD”: è considerata la classe di riferimento e comprende
gli impianti di automazione base;
99
- classe B, “ADVANCED” (avanzato): appartengono a questa classe gli
impianti di automazione dotati anche di sistemi di gestione per il controllo
centralizzato;
- classe A, “HIGH ENERGY PERFORMANCE” (alta prestazione energetica):
analoga alla Classe B ma con livelli di precisione e completezza del
controllo automatico tali da garantire all’impianto elevate prestazioni
energetiche.
La Tabella 25 mostra i fattori di efficienza delle differenti classi e il risparmio che
si può ottenere in un’abitazione utilizzando un impianto di classe B o A, anziché di
classe C o D.
Tabella 25: classi e fattori di efficienza energetica
Classi e fattori di efficienza
D C B A Risparmio adottando le classi B e A
anziché C o D
Senza autom.
Autom. standard
Autom. avanzata
Alta efficienza
Risp. B/C
Risp. B/D
Risp. A/C
Risp. A/D
Condizionamento 1,10 1,00 0,88 0,81 12% 20% 19% 26%
Energia elettrica 1,08 1,00 0,93 0,92 7% 14% 8% 15%
Nella vita di ogni giorno, l’utente esegue abitualmente diverse azioni che
possono causare un consumo inutile di energia. Ad esempio, impostando una
temperatura troppo alta si possono avere dei consumi di energia maggiori del 7% per
ogni grado in eccesso. La stessa cosa può essere affermata per quanto riguarda il
televisore, la lavatrice e tutti gli altri dispositivi che spesso vengono messi in stand-by
anziché essere spenti totalmente. Questo causa un consumo istantaneo molto basso,
ma calcolandolo a livello annuale si può verificare che può raggiungere gli 80
KWh/anno per ogni dispositivo. Anche le luci possono portare ad un enorme spreco di
energia. Accade spesso, infatti, che una persona lasci una stanza per spostarsi in un
altro locale, dimenticandosi di spegnere la luce della stanza in cui era
precedentemente. L’impianto domotico progettato è stato configurato anche per poter
correggere queste “cattive abitudini” degli utilizzatori. Per quanto riguarda
l’illuminazione, grazie ai rilevatori di presenza, il sistema provvede a spegnere
automaticamente le luci, o ad abbassare la loro luminosità ad una certa soglia, in tutte
quelle stanze in cui non è presente alcuna persona. Inoltre, grazie alle luci dimmer e
alle tapparelle motorizzate l’impianto è sempre in grado di garantire un determinato
100
valore di luminosità. Per eliminare gli stand-by, invece, si è previsto di consentire,
tramite alcuni scenari o appositi pulsanti, di spegnere tutte le prese comandate non
attive. È inoltre gestito, sempre attraverso tali prese, il consumo totale dei carichi, al
fine di evitare possibili blackout. Gli sprechi dovuti ad un errata climatizzazione sono
quelli che incidono maggiormente sui consumi perciò vengono controllati in differenti
modi. Innanzitutto la temperatura viene predisposta automaticamente in base alla
temperatura esterna e sono presenti tre Set Point differenti per le tre zone, in modo da
poter impostare una temperatura più bassa in quelle zone in cui non è presente alcuna
persona (generalmente nella zona notte durante le ore diurne e nella zona giorno
durante le ore notturne). Se il sistema rileva che alcune stanze, durante il giorno, sono
inutilizzate per un lungo periodo, esso, oltre ad impostare una temperatura inferiore,
chiede all’utente di poter abbassare le tapparelle automaticamente, per utilizzare ad
una minor intensità l’impianto di condizionamento. Per lo stesso motivo, se una finestra
viene aperta il dispositivo fan-coil della stanza in questione cessa di funzionare fino alla
chiusura della finestra. Inoltre, se da un lato della casa entra troppo sole portando ad
un surriscaldamento dell’ambiente, il sistema è in grado di abbassare automaticamente
le tapparelle di tale lato. Un’altra scelta che poteva essere effettuata per una gestione
ottimale dell’efficienza energetica sarebbe stata quella di abbassare totalmente le
tapparelle e accendere le luci in quelle situazioni di temperature esterne troppo alte o
troppo basse, ma si è preferito lasciare agli utenti libera decisione.
101
10 ANALISI DEI COSTI DI REALIZZAZIONE E
MANUTENZIONE
I dispositivi utilizzati in un impianto domotico sono molto più complessi delle
apparecchiature tradizionali e, per questo motivo, la realizzazione dell’impianto
progettato comporta costi di realizzazione maggiori rispetto a quelli sostenuti per
l’impianto tradizionale. Nei primi capitoli di questo elaborato si è visto che alcune
caratteristiche degli impianti domotici permettono di contenere tali costi. Si è visto ad
esempio che, essendo presente un solo cavo per collegare tutti i dispositivi si può
ottenere un risparmio nei costi di cablaggio del 60%. Inoltre, un dispositivo può essere
plurifunzionale, per cui in alcuni casi non è necessario installarne più di uno. Se oltre ai
costi di realizzazione vengono considerati anche quelli relativi alla gestione del sistema
e alla manutenzione futura, il sistema domotico risulta più conveniente. Si è visto,
infatti, nello scorso capitolo, che è possibile gestire l’energia in modo ottimale limitando
vistosamente i consumi. Per quanto riguarda gli interventi di manutenzione futura,
invece, i dispositivi domotici sono stati progettati per durare più a lungo rispetto a quelli
degli impianti tradizionali, quindi, a lungo termine, le spese di gestione risulteranno
inferiori. Inoltre, se fosse necessario ampliare il sistema, o modificare alcune
funzionalità dell’impianto, sarebbe sufficiente aggiungere il dispositivo alla linea BUS, o
cambiare le impostazioni tramite il software di configurazione, senza dover ricorrere a
nuove opere di cablaggio. La parte sinistra della Figura 60 mostra i costi di
manutenzione delle due tipologie di impianti: come si può vedere, quelli sostenuti per
l’impianto tradizionale in breve tempo superano quelli sostenuti per il sistema domotico.
La parte destra illustra, inoltre, che, mentre l’impianto domotico permette di
implementare qualsiasi tipo di funzione con costi contenuti, l’impianto tradizionale non
consente di implementare funzioni troppo complesse e i costi di quelle realizzabili sono
molto elevati.
Figura 60: costi
102
Per la configurazione del sistema domotico progettato si è scelto di utilizzare i
dispositivi elencati nella Tabella 26. Essi sono tutti gli apparecchi necessari per il
corretto funzionamento degli impianti integrati al fine di permettere una completa
gestione dell’abitazione.
Tabella 26: materiale necessario
AUTOMAZIONE KNX JUNG
Quantità Descrizione dispositivo
1 Alimentatore
19 Interfaccia a 2 ingressi per tasti da incasso
1 Tastiera multifunzione con scenari
7 Termostato con 6 tasti
2 Sensore di luminosità
1 Stazione meteo
6 Attuatore per comando on-off a 8 canali
6 Attuatore per comando dimmer a 4 canali
6 Attuatore per comando tapparelle a 8 canali
6 Attuatore per fan-coil a 2 canali
1 Interfaccia porta USB
7 Ricevitore IR
9 Valvola per rubinetto gas e acqua
1 Sensore gas
4 Sensore di fumo
8 Sensore allagamento
DISPOSITIVI HI
Quantità Descrizione dispositivo
1 Touch-Screen 8'' per incasso a parete
1 Touch-Screen 7'' portatile
1 Interfaccia TV con telecomando radio
1 Unità di gestione e automazione HI Control
DISPOSITIVI PER ALTRI IMPIANTI
Quantità Descrizione dispositivo
1 Centralina RISCO
22 Sensori presenza
32 Sensori per finestre
1 Matrice audio-video TUTONDO
1 Transponder
1 Videocitofono
1 Interfaccia per il collegamento di HI Control con il BUS KNX
5 Telecomando IR per audio, video e automazione
103
Tenendo conto di tutti questi dispositivi, è stato calcolato che la spesa che deve
essere sostenuta per la creazione di un impianto di questo tipo ammonta a circa
32.000€. In base al sistema di classificazione della normativa CEN EN15232,
l’impianto considerato si può classificare come un impianto di classe A per cui si
prevede che il consumo di energia possa essere ridotto di circa il 41% annuo. Non
avendo a disposizione i costi sostenuti per l’impianto tradizionale non è stato possibile
calcolare un tempo preciso di ritorno degli investimenti fatti. Si riporta però un esempio
che sottolinea quanto si può risparmiare utilizzando un impianto domotico.
Il MART, Museo di Arte Moderna e Contemporanea di Trento e Rovereto, è uno
degli edifici con il maggior consumo energetico tra tutti quelli della Provincia Autonoma
di Trento. Nel 2006, il consumo per l’impianto di illuminazione e termoregolazione di
questo edificio si è aggirato intorno ai 2.300.000 kWh/anno. L’anno successivo è stato
integrato con l’impianto elettrico un sistema di automazione con la finalità di ottimizzare
l’efficienza energetica dello stabile. Utilizzando il sistema di classificazione della CEN
EN15232 era stato calcolato a preventivo un possibile risparmio energetico tra il 27% e
il 29%. Verificando a consuntivo con i dati registrati nel 2007 si è osservato una
riduzione del consumo di energia di oltre 600.000 kWh/anno, pari a circa il 28%.
Questo corrisponde ad una riduzione dell’emissione di 354 ton di CO2 all’anno, che
corrispondono alle emissioni prodotte annualmente da 200 appartamenti o da 100
autoveicoli.
104
11 CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI
La tecnologia è ormai in grado di offrire supporto agli utenti in ogni direzione e
svolge un ruolo determinante nel sostegno di persone anziane o affette da disabilità.
Esistono molte strutture create con lo scopo di fornire assistenza a persone disabili
attraverso la presenza di operatori che le affiancano durante tutto l’arco della giornata.
Se tali centri fossero dotati di un impianto domotico, si avrebbe la possibilità di fornire
all’utente un maggior grado di autonomia, facilitando nel contempo le attività degli
operatori. Inoltre, l’utilizzo di un unico sistema permetterebbe alla struttura di poter
consumare meno energia, ottenendo un considerevole risparmio.
Fino alla primavera del 2009 le mie conoscenze nel settore dell’automazione
domestica erano pressoché nulle per cui ho dovuto consultare diversi libri per
documentarmi su tale argomento. Verso la metà di ottobre sono entrato in contatto con
l’ente ULSS20 e all’inizio del mese successivo ho iniziato ad analizzare la possibilità di
utilizzare un impianto domotico per gestire un’ala del centro per disabili CERRIS. Dopo
un’accurata analisi di tutti i servizi da offrire all’utente, effettuata sulla base dei
documenti in mio possesso, grazie al professor Francesco Palumbo dell’Istituto Don
Calabria ho potuto capire il funzionamento reale dei dispositivi domotici, aggiungere
alcune funzionalità a quelle precedentemente analizzate e passare, quindi, alla
programmazione del sistema d’automazione. Successivamente, l’ing. Giovanni Grauso
dell’azienda Home Innovation mi ha fornito gli strumenti e le competenze necessarie
per integrare il sistema d’automazione con gli altri impianti, permettendomi così di
programmare il sistema domotico risultante.
Riuscire a capire come funzionano gli impianti domotici e progettarne uno per
gestire un’intera abitazione è un lavoro molto complesso. In questa tesi è stata
analizzata la possibilità di installare un sistema domotico nel centro CERRIS in
previsione di un utilizzo di tale abitazione per ospitare utenti disabili dotati di parziale
autonomia e che potrebbero, quindi, trarre giovamento da un impianto di questo tipo.
Per contenere i costi iniziali, si era posto il limite di fornire le stesse funzionalità
dell’impianto tradizionale, aggiungendo l’automazione necessaria ad aumentare il
comfort dell’utente e il risparmio energetico. Nell’analisi dei servizi che l’impianto deve
essere in grado di fornire è stato molto importante considerare i diversi fattori che
possono essere di impedimento ai disabili e quelli che potrebbero portare ad un’errata
gestione del sistema. È stato così deciso di utilizzare apparecchi motorizzati, per
limitare le difficoltà dovute alle operazioni che richiederebbero uno sforzo fisico, e di
impostare alcune restrizioni, per poter controllare le azioni degli utenti, ad esempio,
105
permettendo loro di variare la temperatura delle singole stanze di un solo grado
rispetto a quello preimpostato automaticamente in base alle condizioni meteorologiche
esterne. Successivamente, sono stati considerati i fattori che possono ostacolare il
lavoro degli operatori. Si è deciso, quindi, di utilizzare un dispositivo Touch-Screen,
tramite il quale è possibile monitorare e gestire costantemente tutta l’abitazione e
avviare gli scenari per poter effettuare un insieme di operazioni con il minimo sforzo, e
un’apertura della serratura tramite transponder, per semplificare gli ingressi e le uscite
dall’abitazione, garantendo comunque protezione da possibili intrusi. Infine, sono state
create numerose funzionalità mirate a garantire una maggiore efficienza energetica
attraverso una gestione automatica dei dispositivi. Tutte queste funzioni sono state in
seguito implementate utilizzando due diversi linguaggi di programmazione. Il sistema di
automazione domestica è stato creato con il software ETS, dedicato alla
programmazione dei dispositivi che comunicano utilizzando il protocollo standard KNX.
Dopo aver creato una struttura logica dell’abitazione, sono state inserite le diverse
apparecchiature e sono state configurate scegliendo tra una serie di caratteristiche
proprie di ogni tipologia di dispositivo. Il sistema appena descritto è stato
successivamente integrato con gli altri impianti presenti nell’abitazione, come quello di
sicurezza antintrusione e quello audio-video. La configurazione del sistema domotico
è, quindi, stata effettuata tramite il software HI Control, che ha permesso di creare
l’interfaccia grafica di supervisione e di definire gli scenari e le logiche di
comunicazione tra tutti i dispositivi dell’abitazione. A differenza di ETS, HI Control è
dotato di un software di simulazione che ha permesso di collaudare il sistema e
sistemare le imprecisioni rilevate. L’impianto risultante prevede una spesa di circa
32.000 € per l’acquisto dei diversi dispositivi e si è previsto, attraverso il sistema di
classificazione della normativa europea CEN EN15232, che il risparmio energetico che
si ottiene è di circa il 41% rispetto all’impianto tradizionale.
L’impianto domotico progettato è stato, inoltre, predisposto per permettere di
effettuare eventuali modifiche o ampliamenti in modo semplice e con ridotti costi
aggiuntivi. Dato l’utilizzo di un sistema d’automazione, collegando il computer ad una
porta seriale dell’impianto è possibile riconfigurare in qualsiasi momento tutta la logica
di comando dei dispositivi. Il sistema d’allarme può essere, invece, migliorato
aggiungendo delle telecamere per poter visualizzare la stanza in cui si è verificata
un’intrusione. Tali telecamere possono essere, inoltre, utilizzate per permettere
all’operatore di poter controllare le diverse camere direttamente dal proprio pannello
Touch-Screen, consentendogli ad esempio di poter verificare subito il motivo per cui un
utente ha azionato la cordicella dell’allarme. Dato che i disabili che usufruiranno della
struttura sono utenti dotati di parziale autonomia, potrebbe essere una valida soluzione
106
utilizzare strumenti che gli consentano di svolgere da soli le principali attività
quotidiane, alleviando così il lavoro dell’operatore. Questo può essere ottenuto
innanzitutto aggiungendo una funzione di teleassistenza, in modo da permettere
all’utente di eseguire autonomamente le operazioni tramite il dispositivo Touch-Screen,
supportato, a distanza, dall’operatore. Inoltre, possono essere aggiunti dispositivi creati
appositamente per gli utenti disabili, come letti e cucine motorizzate. Alla loro
attivazione da parte dell’utente, questi dispositivi sono in grado di abbassarsi,
consentendo così al soggetto di potersi spostare al di sopra di esso, nel primo caso, o
di permettere di utilizzare le sue funzionalità, nel secondo. Per questi motivi potrà
essere necessario fornire un dispositivo di supervisione, magari con funzionalità
ridotte, a ciascun degente, che gli permetta di interagire con il sistema domotico e
comunicare con l’operatore. Tale dispositivo può essere un qualsiasi palmare o un
Touch-Screen dedicato, dotato di interfaccia Ethernet o collegamento Wi-Fi per poter
essere collegato alla piattaforma di integrazione. Se si volesse consentire agli utenti di
poter navigare sul Web sarà sufficiente aggiungere una piccola funzionalità
all’applicazione di supervisione. Un altro servizio che si può aggiungere e che in questi
ultimi anni viene spesso valutato nella creazione di un impianto domotico è
rappresentato dalla possibilità di creare una rete tra l’abitazione e uno studio medico, al
fine di monitorare eventuali parametri di salute del degente, come la pressione, la
febbre, il respiro, ecc.. Inoltre, possono essere installati sensori sul pavimento che
rilevano un eventuale caduta a terra dell’utente ed inviano l’allarme all’operatore.
Infine, si può ottimizzare la funzionalità di risparmio energetico utilizzando fonti
rinnovabili. Tali fonti vengono, poi, gestite automaticamente dal sistema per consentire
un’elevata efficienza energetica della struttura abitativa.
107
12 GLOSSARIO
ACK
Abbreviazione di “Acknowledge”. È un codice utilizzato nelle trasmissioni per
confermare la corretta ricezione di un messaggio.
Attuatore
Dispositivo che traduce un comando ricevuto in un’azione sul dispositivo collegato. Ad
esempio, un attuatore on-off che riceve un comando di accensione provvede a
chiudere il contatto, inviando così energia al dispositivo collegato, permettendone
l’accensione.
CA
Acronimo di corrente alternata.
Cablaggio
Posizionamento dei cavi di un impianto in un edificio.
Cavo
Mezzo fisico per la distribuzione dell’energia e la trasmissione di segnali e dati.
CC
Acronimo di corrente continua.
CEI
Acronimo di Comitato Elettrotecnico Italiano, ente istituzionale riconosciuto dallo Stato
Italiano e dall’Unione Europea preposto alla formazione tecnica nei settori
elettrotecnico, elettronico e delle telecomunicazioni.
Dimmer
Dispositivo elettronico che consente la regolazione dell’energia inviata a un carico
elettrico.
Diagnostica
Messaggi automatici che segnalano sul monitor comandi errati o errori logici.
Fan-coil
Dispositivi utilizzati negli impianti di riscaldamento e climatizzazione.
Gateway
Unità funzionale in grado di connettere tra loro più reti di tipo diverso, effettuando
conversioni del protocollo di comunicazione e/o del mezzo trasmissivo.
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Integratore di sistema
Persona specializzata nel far dialogare impianti diversi tra di loro allo scopo di creare
una nuova struttura funzionale che possa utilizzare sinergicamente le potenzialità degli
impianti d'origine, creando, quindi, funzionalità originariamente non presenti.
Interfacce
Dispositivi fisici, o virtuali, che permettono la comunicazione tra dispositivi con
caratteristiche tecnologiche diverse, che utilizzano, quindi, differenti protocolli di
comunicazione.
IR
Acronimo di raggi infrarossi.
Nodo
Ciascun dispositivo appartenente ad una rete.
Plug&Play
Qualsiasi sistema che si autoconfigura dinamicamente, riconoscendo quando un
dispositivo viene inserito in una rete e quando esso viene scollegato.
Programmi applicativi
Insieme di istruzioni codificate che permettono la configurazione di un dispositivo
d’ingresso, o d’uscita, e ne determinano il funzionamento. Ogni dispositivo d’ingresso o
d’uscita supporta uno o più programmi applicativi.
Prese comandate
Prese a cui si può togliere corrente in qualsiasi istante senza compromettere il
funzionamento degli altri dispositivi analoghi. Esse vengono spesso utilizzate per
collegare apparecchiature che necessitano di molta potenza per il loro funzionamento,
come ad esempio gli elettrodomestici, al fine di poter gestire i carichi.
Telegramma
Messaggio inviato in un impianto di automazione domestica contenente le istruzioni di
controllo e di comando.
Telegestione
Gestione da remoto di un sistema.
109
13 BIBLIOGRAFIA
BUILDING AUTOMATION: COMMUNICATION SYSTEM WITH EIB/KNX, LON AND
BACNET - SIGNAL AND COMMUNICATION TECHNOLOGY, Hermann Merz - Thomas
Hansemann - Christof Hübner, Springer, Prima edizione, 27 maggio 2009
DOMOTICA CON KNX - NUOVI MODI DI ABITARE CON UN SISTEMA DOMOTICO APERTO,
INTEROPERABILE E CONFERME ALLE NORME, Roberto Rocco, Editoriale Delfino, Prima
edizione, dicembre 2009
EIB: LO STANDARD PER LA GESTIONE E IL CONTROLLO DEGLI EDIFICI -
SICUREZZA, ECONOMICITÀ , FLESSIBILITÀ E BENESSERE, Günter G. Seip – Traduzione di
Roberto Rocco, Tecniche nuove - Siemens, Prima edizione, settembre 2002
GUIDA ALLA PROGETTAZIONE DEI SISTEMI DI DOMOTICA & BUILDING
AUTOMATION, ABB, ottobre 2004
INTRODUZIONE ALLA DOMOTICA, Domenico Trisciuoglio, Tecniche nuove, Terza
edizione, agosto 2009
L’ABC DELLA DOMOTICA, Giuseppe Gustavo Quaranta - Paolo Mongiovì, Il sole 24
ore, Prima Edizione, maggio 2004
MANUALE DELLA DOMOTICA - TECNOLOGIE ED EVOLUZIONE DELL’ABITARE - Aree di
progettazione integrata, stato dell’arte e sviluppi futuri del mercato nel settore immobiliare, Stefano
Bellintani, Il sole 24 ore, Prima edizione, luglio 2004
MANUALE ILLUSTRATO PER LA DOMOTICA A USO SOCIALE - LA CASA FLESSIBILE
AL SERVIZIO DELL’UOMO, Giovanni Del Zanna – Massimiliano Malavasi – Giulio Vaccari,
Tecniche nuove - Gewiss, marzo 2009
MANUALE ILLUSTRATO PER L’IMPIANTO DOMOTICO - LA MECCATRONICA ENTRA
NELLA CASA, Tecniche nuove - Gewiss, gennaio 2008
www.carontenet.it/approfondimenti/appdomotica.aspx
www.ceiuni.it
www.cenelec.org
www.disabili.com/prodotti-/17039
www.disabilitaincifre.it
110
www.domotica.it
www.domoticalabs.com
www.explorasciencenow.rai.it/DetPuntata.aspx?id_Puntata=804
www.hisystem.it
www.homeinnovation.com
www.homeinnovation.it
www.konnex.org
www.labdom.it
www.lonmark.com
www.sistemibus.com
www.smart-housing.de
www.smarthomepartnering.com
www.oasislangua.org
notizie.virgilio.it/tecnologia/casa_domotica.html
efficienzaenergetica.acs.enea.it/