Architettura di un sistema domotico

Una classificazione dei sistemi domotici è basata sulla loro architettura (cioè il modo in cui vengono collegati e comandati i vari dispositivi) ed in base a dove è localizzata la “capacità decisionale” del sistema. Si possono distinguere tre tipi di architettura.

Architettura centralizzata

È presente un‟unica unità di decisione che può essere suddivisa in più unità intelligenti, può avere diversi livelli gerarchici e essere distribuita fisicamente con una logica master/slave; i dispositivi possono essere dotati di una propria capacità di autodiagnosi e di autoconfigurazione ma non sono in grado di prendere decisioni delegando questa funzione alla centralina; i messaggi provenienti dai sensori e diretti agli attuatori sono sempre elaborati dall‟unità centrale che, in base al software, prende le decisioni del caso. I vantaggi sono la facilità di programmazione e di riconfigurazione, il minor costo ed il buon livello di integrazione delle funzioni. Il punto debole è rappresentato dalla centralina che, in caso di guasto, rischia di rende inutilizzabile tutto l‟impianto; pertanto i costruttori hanno realizzato una serie di accorgimenti che hanno permesso di ridurre tale pericolo.

Architettura distribuita

Tutti i dispositivi sono “intelligenti” e sono quindi in grado di eseguire una serie di funzioni in modo totalmente autonomo; ad ogni componente viene prima assegnato un indirizzo univoco (per poterlo identificare nella rete) e poi viene programmato per eseguire determinati comandi; i dispositivi si parlano tra di loro attraverso una messaggistica standardizzata che permette di creare dei collegamenti (associazioni) di tipo logico tra i componenti senza particolari limiti. Tra i vantaggi possiamo citare la flessibilità, l‟affidabilità (se si guasta un dispositivo si perderanno le funzioni associate a quel dispositivo, ma il resto del sistema continuerà a funzionare) e le prestazioni che però vanno a scapito dei costi e di una maggiore complessità.

Architettura mista

Esiste un cablaggio principale a livello di fabbricato che ha caratteristiche simili all‟architettura distribuita che poi si collega, attraverso delle interfacce, ad una serie di centraline dislocate nell‟edificio; è un‟architettura molto efficiente che trova la sua applicazione nell‟automazione di grandi edifici con esigenze particolari.

Nella tabella seguente illustriamo una diversa classificazione dei sistemi domotici.

Sistemi proprietari

Sono realizzati da un singolo costruttore che non ha interesse a divulgare le informazioni sul funzionamento dei propri apparati e ne rende impossibile la costruzione a terzi; i punti di forza sono il costo contenuto e la facile realizzazione di impianti medio/piccoli con ottime funzionalità e buone prestazioni; quando sono realizzati da aziende di un certo livello, offrono un‟ampia scelta di dispositivi e linee estetiche accattivanti; resta l‟incognita del prodotto single-source che crea una sorta di dipendenza del cliente dal costruttore ma, anche in questo caso, se ci si orienta verso aziende di un certo prestigio, i rischi saranno limitati.

Sistemi aperti (che vengono anche definiti standard in quanto si tratta di protocolli open source)

Sono quelli dove le specifiche di funzionamento degli apparati vengono rese pubbliche in modo che qualsiasi azienda possa decidere di sviluppare dispositivi conformi e quindi interoperanti con tutti gli altri; spesso si tratta di associazioni o consorzi di aziende di grandi dimensioni (a volte multinazionali) che, sfruttando le proprie competenze, creano dei veri e propri riferimenti di mercato; quasi sempre si tratta di sistemi molto evoluti che permettono di realizzare impianti medio/grandi e che sono in grado di soddisfare qualsiasi esigenza di automazione; i vantaggi di questi sistemi sono l‟affidabilità, l‟interoperabilità dei dispositivi, la scalabilità delle soluzioni e la quasi totale indipendenza dal singolo costruttore.

I componenti principali di un sistema domotico sono:

1. Unità centrale

È il cuore del sistema domotico, elabora i segnali provenienti in input dai sensori e dalle interfacce utente e gestisce i dispositivi periferici. Può essere un PC dedicato o una centralina domotica con sistema operativo embedded (incorporato).

2. Interfaccia utente

È una parte fondamentale, in quanto consente all‟utente finale di interagire con il sistema. È necessario che l‟interfaccia sia semplice e di facile utilizzo (user-friendly).

3. Dispositivi ausiliari

Trasduttori, sensori (dispositivi che raccolgono i segnali dall‟ambiente), attuatori (traducono i

comandi ricevuti in azioni sui dispositivi connessi), circuiti di interfaccia (smart adapter).

4. Gateway residenziale

Unità per la connessione con la rete di comunicazione esterna.

Le diverse reti nella casa (telefonica, linea dati, linee domotiche) devono comunicare fra loro e con l‟esterno; per quanto riguarda il Gateway residenziale le caratteristiche comuni sono: funzionalità su banda larga, interazione con Internet, protezione dalle intrusioni esterne (firewall); gli abitanti della casa possono: accedere a Internet a banda larga, usufruire di servizi di sicurezza e assistenza attraverso centrali operative esterne, usufruire di forme diverse di intrattenimento quali video e audio digitale su richiesta, accedere al controllo automatizzato della casa attraverso il controllo remoto via Internet o telefono cellulare; i fornitori di servizi possono: operare su piattaforme ottimali, progettare e realizzare i loro prodotti per diversi clienti indipendentemente dal tipo di rete presente nell‟abitazione342.

LA CATENA DI COMANDO

342 _{Alcune proposte significative ma non standard sono: OSGI (Open Services Gateway Initiative), HAVI} (Home Audio Video Interoperability), HPNA (Home Phone Networking Alliance).

feedback di comando interfaccia di comando ricevitore di comando attuatore di comando Cavo Infrarosso Radiofrequenze Punto a punto Bus di linea Onde convogliate Infrarosso Radiofrequenze

Quando si decide di installare un sistema domotico, oltre all‟analisi delle esigenze dell‟utente è necessario, effettuare una serie di scelte riguardanti l‟infrastruttura tecnologica. Innanzitutto occorre definire quale livello di interazione tra i dispositivi vogliamo raggiungere: un primo semplice livello è quello dei cosiddetti dispositivi stand alone (dispositivi singoli), ovvero piccole apparecchiature isolate in grado di effettuare semplici funzioni343. Affinché si possa parlare di domotica è necessario invece che i vari dispositivi siano connessi tra di loro a formare un sistema di automazione. Rispetto ai dispositivi stand alone in un sistema domotico i vari dispositivi sono in grado di dialogare tra di loro permettendo l‟implementazione delle cosiddette funzioni di secondo livello.

SOLUZIONE CONVENZIONALE SOLUZIONE INTELLIGENTE

La soluzione convenzionale prevede molte linee separate e una minore flessibilità; mentre la soluzione intelligente prevede un sistema, uno standard, molte funzioni e massima flessibilità. Nel caso in cui si opti per l‟installazione di un vero e proprio sistema domotico occorre definire tre questioni fondamentali: il mezzo trasmissivo o tecnologia di trasmissione, il protocollo di comunicazione, l‟interfaccia di comando.

Facendo riferimento allo standard KNX, gli elementi che costituiscono un sistema domotico che consentono l‟integrazione tra i vari impianti sono: linea bus, dispositivi di installazione compatibili (sensori, attuatori, gateway, visualizzatori e componenti di sistema); l‟elemento base minimo di ciascun sistema è la linea; ogni linea richiede almeno un alimentatore che, opportunamente dimensionato, provvede a fornire ai componenti collegati la tensione di funzionamento; l‟alimentazione elettrica necessaria al funzionamento dei dispositivi e il segnale dati (telegrammi), sono veicolati dal medesimo cavo bus (doppino); a ciascuna linea possono essere collegati fino a 64 dispositivi; è possibile attraverso l‟utilizzo di appositi accoppiatori di linea collegare fino a un massimo di 15 linee (che costituiscono un area).

343 _{Questo tipo di dispositivi non rappresentano un impianto domotico ma sono relativamente economici e} potrebbero costituire una buona soluzione per alcune esigenze.

Un sistema KNX può comprendere fino a un massimo di 15 aree collegate tra loro mediante accoppiatori di area o campo; da ciò si deduce, che ogni singolo sistema KNX può far dialogare oltre 14.000 dispositivi; i dispositivi, selezionati in base all‟applicazione richiesta, sono composti da un accoppiatore bus e da un modulo di applicazione dotato del programma di applicazione corrispondente; i programmi applicativi fanno parte del database dei prodotti; questi vengono caricati nei dispositivi insieme al software di progettazione mediante un‟interfaccia seriale; il sistema KNX è un sistema bus decentralizzato: ogni dispositivo è dotato del proprio micro controllore; i dispositivi possono scambiarsi le informazioni direttamente (ovvero senza un‟unità centrale), utilizzando il bus seriale; tutti i dispositivi sono caratterizzati da indirizzi specifici sul bus; per evitare la collisione dei telegrammi e la perdita dei dati, viene utilizzato il protocollo CSMA/CA344.