1 La domotica
1.1 Significato del termine
La parola “DOMOTICA” è un neologismo derivante dal francese domotique, che a sua volta è l’unione della parola greca domos e del termine informatique. Questa nuova visione dell’ambiente domestico nasce negli anni ’70 con lo scopo di integrare tra loro tutti i componenti presenti all’interno della casa: dai dispositivi elettronici, agli elettrodomestici, fino ai sistemi di comunicazione e controllo. Grazie ad essa tutti dovrebbero poter abitare in case più sicure e confortevoli, con un sistema semplice, affidabile ed economico. Un sistema alla portata di tutti, con un comfort nettamente superiore rispetto ai sistemi tradizionali.
Figura 1.1: Illustrazione della domotica
1.2 Funzionalità della casa domotica
Al fine di migliorare la qualità dell’abitare, sono entrati a far parte delle nostre case elettrodomestici sempre più sofisticati e all’avanguardia. Non dobbiamo però pensare solo al PC, ma anche a TV sempre più complessi, lettori DVD e impianti Hi-Fi super accessoriati, forni a microonde, piani cottura , lavatrici e lavastoviglie dove la parte elettronica ha il sopravvento sulla parte meccanica. Se tutti questi dispositivi presi separatamente hanno una già relativa importanza, figuriamoci che impatto potrebbe avere un sistema capace di interfacciare tutti questi dispositivi tra loro in modo da formare un’unica rete grazie alla quale sia possibile gestire ogni apparecchio con facilità e immediatezza. La casa diventa intelligente non solo perchè sono installati prodotti intelligenti, ma perchè è dotata di un sistema intelligente in grado di gestire e controllare facilmente il funzionamento degli impianti presenti.
Figura 1.2: Architettura di un sistema domotico
Vediamo verso quali piani si sta sviluppando la ricerca domotica:
• Risparmio energetico: un sistema integrato e completamente automatizzabile consente di evitare gli sprechi energetici dovuti a dimenticanze o altre situazioni. Attraverso un contatore digitale è possibile monitorare i consumi e gestire l’accensione e lo spegnimento di vari elettrodomestici stabilendone le priorità.
• Protezione dai furti: un sistema d’allarme informatizzato permette la protezione della casa durante le vostre uscite: può per esempio informarvi di entrate indesiderate nell’abitazione e lanciare l’allarme alla polizia.
• Gestione automatica dell’impianto elettrico e riscaldamento: sensori di movimento possono informare il sistema che gestisce l’impianto di illuminazione dell’assenza di persone, e quindi avviare lo spegnimento automatico di tutte le luci; sensori di calore possono regolare la temperatura in ogni stanza. Possiamo anche pensare ad un sistema più sofisticato che conosca i nostri orari e che quindi si accenda un’ora prima del nostro ritorno oppure che ci chieda attraverso un sms, a che ora torniamo per regolare le temperature delle stanze.
• Automatizzazione di azioni quotidiane: è possibile semplificare alcune azioni quotidiane quali spegnere e accendere luci, alzare ed abbassare le tapparelle, oppure regolare queste funzioni in base alla luce esterna programmando il sistema nelle varie ore della giornata o in base alla stagione.
• Monitoraggio della casa: è possibile fornire alla casa un sistema di monitoraggio che vi informi di eventuali fughe di gas o perdite d’acqua.
• Comunicazioni: la casa potrà informarvi dovunque voi siate di eventuali anomalie mediante l’invio di un sms sul cellulare oppure mediante un’email.
1.3 Domotica al servizio di disabili e anziani
I vantaggi che la domotica è in grado di apportare si rendono particolarmente evidenti nel caso di persone con disabilità e anziane, per le quali la risoluzione di alcune fondamentali problematiche del loro vivere quotidiano si traduce in un drastico miglioramento dello stile di vita in termini di autonomia, qualità e sicurezza. Il mantenimento dell’autonomia individuale è un bisogno da soddisfare e un criterio da rispettare in ogni intervento edilizio anche attraverso l’impiego di diversi supporti che facilitano l’uso delle capacità residue (motorie, sensoriali, intellettive, etc.) e tendenti a garantire la realizzazione delle operazioni domestiche e l’autonomia delle scelte pratiche quotidiane. Scegliere di utilizzare la domotica per risolvere alcune problematiche della vita quotidiana significa implicitamente l’ aver accettato di introdurre l’impiego della tecnologia nella vita di tutti i giorni come ausilio per meglio risolvere le difficoltà. La paura della novità, la saturazione di dispositivi tecnologici, i costi, il timore di esigenze di gestione complesse, assieme a molti altri fattori minori, portano infatti a rifiutare almeno in parte, l’introduzione di ulteriore tecnologia in un contesto, quello della casa, che normalmente viene vissuto con atteggiamento più “tradizionalista” e abitudinario. La tecnologia è dunque accettata se proposta come una soluzione “normale” (per l’utenza ampliata) e non come una soluzione “speciale” (per l'anziano o il disabile). Il rapporto con la tecnologia è infine condizionato da due dimensioni: il modo in cui la tecnologia si offre e si interfaccia con l’utente e il modo in cui l’utente è predisposto alla tecnologia.
La parte del progetto più delicata e importante è senza dubbio quella relativa all’interfaccia, intesa sia come dispositivo fisico di comando, sia come facilità di utilizzo. Infatti, anche il più completo impianto domotico, se non gestibile in modo semplice e appropriato dall’utente, può risultare inutile se non addirittura pericoloso. Per meglio comprendere quanto l’interfaccia sia importante è sufficiente pensare, ad esempio, all’attimo di smarrimento che tutti proviamo di fronte a una lunga serie di pulsanti con funzioni diverse, o alla difficoltà iniziale nel programmare un moderno termostato attraverso la sua complessa tastiera. L’attimo di smarrimento provato da una persona con piene facoltà fisiche e mentali, si può tramutare in una grave difficoltà o in una situazione potenzialmente pericolosa nel caso di persone anziane o con disabilità. Il primo passo per facilitare l’utilizzo dell’impianto è quello di rendere immediata l’individuazione dei comandi, di rendere chiaro il loro scopo e semplice il loro azionamento. Ovviamente è molto importante la forma (un tasto grande risulta più facile da individuare rispetto a uno piccolo), il colore (colori forti e contrastanti con i muri) e il posizionamento di questi dispositivi. In particolare il posizionamento richiede un’attenta valutazione; infatti essi devono essere raggiungibili sia da persone deambulanti, che da persone su sedia a rotelle. Devono quindi essere collocati ad una giusta altezza e in luoghi piuttosto aperti, in modo da consentirne il raggiungimento con la carrozzina.
Un altro parametro molto importante nella scelta dei dispositivi di comando, riguarda la loro modalità di utilizzo, che deve essere coerente il più possibile con le capacità della persona che le utilizzerà; infatti una persona anziana o con difficoltà cognitive, preferirà generalmente dispositivi con poche funzioni e grande facilità d’uso, mentre una persona giovane potrebbe richiedere all’impianto numerose funzioni automatiche e non avere problemi ad utilizzare dispositivi elettronici complessi. Ci sono sul mercato moltissimi tipi di interfacce tra cui pulsanti, interruttori, telecomandi semplificati fino ad arrivare a oggetti più tecnologici tra i quali touch-screen, PC, sensori di movimento in grado di accendere automaticamente le luci al passaggio della persona, e trasponder indossabili che permettono ad un utente su carrozzina di aprire porte semplicemente avvicinandosi ad esse. Ci sono infine le “interfacce naturali” in grado di riconoscere alcuni normali comportamenti umani e di attuare un comando.
Una delle esigenze più importanti a cui la domotica è chiamata a dare risposta è quella legata alla sicurezza dell’abitazione e dei suoi abitanti. Le tecnologie rivolte alla sicurezza della casa sono ormai largamente diffuse sul mercato e tecnicamente mature. Oltre al collaudato impianto antintrusione, può essere utile istallare sistemi per la gestione delle emergenze più comuni, come ad esempio allagamenti, incendi e fughe di gas. L’intervento su questi sistemi da parte dell’utente finale può risultare critico se, come si fa frequentemente per ragioni estetiche, i dispositivi di emergenza vengono posti in luoghi nascosti e scarsamente raggiungibili da persone disabili e anziane: quindi bisogna avere un occhio di riguardo al posizionamento degli interruttori di sicurezza.
Se queste tecnologie sono oggi collaudate, ben diverso è il caso dei sistemi per la sicurezza della persona, un settore che offre ancora poche tipologie di prodotti spesso scarsamente conosciuti. Oltre ai sistemi di aiuto su richiesta mediante medaglioni da indossare, sono stati recentemente introdotti sistemi indossabili in grado di monitorare i principali parametri fisiologici della persona e sistemi in grado di segnalare l’allontanamento di una persona da una certa zona. Ci sono poi impianti di comunicazione viva voce e videosorveglianza da utilizzare in caso di emergenza o anche per piacere. Un accorgimento molto utile riguarda la diffusione capillare delle prese telefoniche, del segnale televisivo (anche mediante telecamere wireless) e se necessario anche del videocitofono, in modo da poter garantire una facile comunicazione da ogni punto della casa.
Un’altra parte molto importante dell’ambiente domotico sono senza dubbio i vari automatismi che permettono di sostituire movimenti faticosi (come l’apertura di una pesante persiana) o addirittura impossibili per una persona con disabilità motoria, con “braccia meccaniche” che svolgono azioni legate a esigenze primarie e quotidiane. I problemi a cui si va incontro in questo tipo di progetto possono essere diversi: le movimentazioni possono essere troppo veloci, oppure possono essere stati tralasciati dettagli quali il funzionamento durante un black out e ancora possono essere stati impiegati sensori di movimento che non riescono a captare il passaggio di persone che si muovono lentamente o su carrozzina.
Ovviamente nella progettazione di un impianto domotico, non è possibile trascurare l’aspetto estetico che assume particolare importanza negli apparati domotici rivolti a persone disabili e anziani. Infatti se in un impianto tradizionale il problema si presenta in
forma ridotta in quanto le funzioni previste non sono moltissime e si hanno meno vincoli di progetto riguardo al posizionamento degli oggetti, in un impianto speciale i dispositivi a vista tendono a moltiplicarsi. Sono necessari un gran numero di punti di comando, sensori di ogni tipo, numerose motorizzazioni, molti cavi di controllo e centraline accessorie. Il rischio è quello di dare alla casa un aspetto troppo pesante e tecnologico con gravi ripercussioni sull’estetica.
1.4 Presente e futuro della domotica
Molti penseranno che stiamo parlando di un futuro ancora lontano e invece è uno scenario più vicino di quanto si possa immaginare. Nell’ultimo decennio infatti, sia la microelettronica che i mezzi di comunicazione, hanno raggiunto un livello tecnologico che era impensabile solo qualche anno fa. Per fare qualche esempio, basti pensare all’incremento di velocità dei processori o all’alta velocità garantita dai collegamenti in fibra ottica. Questi miglioramenti ci permettono allo stesso tempo di gestire ed elaborare quantità di informazioni maggiori rispetto al passato.
Grazie al miglior apporto tecnologico disponibile, sono presenti sul mercato diversi progetti. Il sito www.lacasaintelligente.it presenta una serie di opzioni per costruttori e istallatori. La società Sistema Casa presenta il Sistema Casa 2000 che fornisce una strumentazione di automazione domestica da cui è possibile programmare il sistema e dialogare con esso tramite telefono, grazie ad un menù di sintesi vocale. La Ariston ha sviluppato una serie di elettrodomestici chiamati “Ariston Digital” che si parlano e si scambiano informazioni tramite la rete elettrica al fine di gestire intelligentemente i propri consumi energetici e non superare la soglia dei 3 kW. Possono poi trasmettere al Centro Servizi Digital il loro stato di funzionamento in modo che i tecnici siano subito informati delle anomalie pervenute e informino il cliente del problema e di come prevenirlo o risolverlo. Tramite la funzione e-cooking, il forno di casa può scaricare da internet nuove ricette e cicli di cottura. La Merloni ha messo sul mercato un frigorifero, chiamato Opera, capace di dialogare con l’utente attraverso un semplice display in modo da comunicare la scadenza di cibi, la mancanza di un prodotto e in grado di autoprogrammare il suo
funzionamento a seconda del contenuto. La BTicino, invece, ha messo in commercio un sistema di domotica e teledomotica per il controllo a distanza dell’abitazione chiamato My Home. Questo è formato da una serie di dispositivi capaci di migliorare il comfort della casa e gestire la sicurezza delle cose e delle persone, tramite un meccanismo di controllo da remoto di tutte le funzionalità degli elettrodomestici o degli impianti di allarme. Le interfacce di controllo possono essere di varie tipologie come PC, PDA e cellulari.
Questi sono solo alcuni esempi di applicazioni già presenti sul mercato, ma non è ancora possibile capire dove ci porterà questa strada. Viaggiando con la fantasia, è possibile immaginare una casa che sia costruita per noi e si adatti alle nostre abitudini. Sarà così possibile cambiare colore ai pavimenti o alle pareti dell’abitazione selezionando do un apposito schermo quello che più ci aggrada in quel dato momento, oppure sedersi a fine giornata sulla poltrona preferita sapendo che questa si adatterà perfettamente alla forma del nostro corpo, oppure la facoltà che avrà il computer di casa che governa la casa di aprire la porta d’ingresso dell’abitazione ad una persona della famiglia, seguendola nel suo cammino tra gli ambienti illuminati automaticamente al suo passaggio, mentre il computer preparerà nel frattempo un bagno caldo o accenderà la tv sul canale preferito o preparerà uno spuntino.
Se i progressi della domotica miglioreranno effettivamente la qualità della vita di tutte le persone (indipendentemente dalla loro età, disabilità e possibilità economiche) lo sapremo solo nei prossimi anni. Certo è che la centralizzazione della gestione dei servizi migliorerà la fruizione della casa da parte di una persona anziana o disabile, purché assistita da un’interfaccia adeguata.
1.5 Panoramica sui mezzi trasmissivi
Abbiamo visto come la domotica proponga di far comunicare tra loro diversi dispositivi presenti nell’abitazione in modo da creare una rete facilmente controllabile dall’utente. Per la connessione degli elettrodomestici di una casa, esistono vari mezzi trasmissivi: doppino telefonico, fibre ottiche e cavi coassiali che richiedono l’inserimento invasivo di cavi all’interno di una casa; le onde convogliate su linea elettrica (PLC), la radiofrequenza e i
raggi infrarossi, che invece non richiedono l’inserimento di cavi. Forse proprio questa estrema disponibilità di scelta ha contribuito al rallentamento della diffusione della domotica disorientando sia il progettista, che l’acquirente e non proponendo un preciso standard di mercato.
o LINEE TELEFONICHE
Le linee telefoniche attuali, costruite essenzialmente per il segnale vocale e ottimizzate per tale scopo, non sono adatte per trasmissione dati ad alta velocità. Le loro caratteristiche di impedenza e attenuazione non possono essere ben controllate. Il loro grande pregio è di essere presente nella quasi totalità delle abitazioni e anche di godere di una buona capillarizzazione. Utilizzando la tecnologia HomePNA è possibile far viaggiare dati ad una velocità massima di 240 Mbit/sec.
o ONDE CONVOGLIATE SU RETE ELETTRICA
Sistema di trasmissione dati che utilizza i conduttori di distribuzione dell’energia elettrica 50-60 Hz. Tutte le componenti del sistema sono collegate in parallelo e comunicano tra loro attraverso la rete elettrica grazie ad opportuni dispositivi. Il vantaggio nell'utilizzare le onde convogliate risiede nel fatto che viene sfruttata la linea elettrica esistente, evitando il problema dell'installazione di nuovi cavi. I comandi vengono inviati sulla rete elettrica e raccolti dalle utenze interessate attraverso un codice di indirizzamento univoco. Possibili problemi con questa tecnologia sono quelli relativi alle interferenze, che possono essere superati con l'adozione del cosiddetto filtro di linea. Una limitazione è la bassa velocità di trasmissione.
o DOPPINO INTRECCIATO
E' un sistema di trasmissione di segnali che utilizza una coppia di conduttori dedicati che vengono intrecciati tra loro per ridurre le interferenze elettro-magnetiche. Il doppino ritorto è il mezzo di trasmissione più semplice, ma richiede un maggiore lavoro di installazione per la posa dei cavi, rispetto ai mezzi fino ad ora considerati. Questa tecnica di trasmissione è molto flessibile e si presta bene soprattutto in abitazioni molto grandi con un gran numero di componenti.
o FIBRA OTTICA
La fibra ottica permette il trasferimento dati tramite segnali luminosi che viaggiano all’interno di una guida d’onda. I suoi punti di forza sono le altissime velocità di trasferimento dati e l’immunità dai disturbi elettromagnetici. Il difetto principale di questo mezzo risiede nel percorso effettuato dalla fibra che deve essere il più rettilineo possibile per evitare perdite e disturbi. Questo, unito al basso bit-rate richiesto dalla maggior parte dei dispositivi, fa intuire il motivo della scarsissima diffusione della fibra in ambito domotico.
o RAGGI INFRAROSSI
La trasmissione ad infrarossi è un metodo di comunicazione senza fili, limitato principalmente dal vincolo di direzionalità del segnale e dalla forte attenuazione in presenza di ostacoli tra il trasmettitore e il ricevitore. Appare fondamentale una standardizzazione per la possibile presenza contemporanea di più periferiche di diversi produttori con necessità di comunicazione che potrebbero interagire involontariamente tra loro.
o ONDE RADIO
Metodo di trasmissione basato su onde radio. La trasmissione radio in bassa potenza è un mezzo per realizzare semplici controlli, riducendo al minimo l'installazione. Questo mezzo copre facilmente l'intera casa senza bisogno di ripetitori, ma occorre evitare di trasmettere segnali non desiderati agli impianti delle abitazioni vicine. Un problema nella standardizzazione di questo mezzo, sta nel fatto che le bande consentite di frequenza variano da paese a paese.
1.6 Cenni sulle principali tecnologie di trasmissione
A fronte dei numerosi mezzi trasmissivi utilizzabili, vengono proposti molti standard, ognuno con i propri pregi e i propri difetti. Alcuni hanno fatto dell’economicità il requisito fondamentale del loro sistema, spesso rinunciando all’ implementazione di caratteristiche che avrebbero aumentato la soddisfazione dell’utente finale. Altri, invece, hanno sviluppato
sistemi capaci di integrare un numero molto elevato di applicazioni, mettendo in secondo piano l’aspetto economico. La conseguenza di ciò è che il prodotto di un’azienda spesso e’ incompatibile con quello di una concorrente, dando vita ad uno scenario di mercato estremamente eterogeneo. Forse proprio per la mancanza di un protocollo nettamente superiore agli altri, ad oggi non è stato possibile identificare uno standard di settore.
Vediamo i principali:
o BATIBUS ( www.batibus.com )
Sviluppato nel 1989 su iniziativa di MERLIN GERIN, AIRELEC, EDF e LANDIS & GYR (che successivamente fondarono il Batibus Club International), Batibus utilizza un doppino per collegare e permettere il transito di comandi e dati tra CPU, sensori ed attuatori, che compongono un sistema di automazione domestica. La connessione tra i dispositivi segue una topologia libera. Ha partecipato, insieme a EIB ed EHS, al processo detto "Convergenza" che ha portato nel maggio 1999 alla fusione dei tre standard di partenza, ed alla nascita di KNX (Konnex).
o CEBUS ( www.cebus.org )
Sviluppato dall'associazione americana EIA (Electronic Industries Association) il
Consumer Electronic Bus è uno standard integrato multimediale per sistemi di
Home Automation che ha caratteristiche di flessibilità e modularità. I dispositivi che lo impiegano devono tuttavia possedere sufficiente potenza di elaborazione per poter gestire i dati in transito sulla rete.
o EDS ( www.world-databus.com )
La tecnologia En-Decoder System è basata sulla trasmissione bidirezionale impulsiva di dati in banda base, generata dallo stesso microcontrollore di funzione, su una delle quattro possibili dorsali BUS: Databus - Parkbus - Widebus - Virtualbus, di cui solo le prime tre sono costituite da un monofilo telefonico riferito a terra, mentre la quarta non necessita di nessun vettore fisico o frequenza radio o frequenza portante (onde convogliate). Tutte e quattro le dorsali Bus, per la loro grande banda passante (da 3 Hz a 5/6 MHz) danno la possibilità di rice-trasmissione dati e/o segnali analogici di tutti i dispositivi che impiegano la nuova tecnologia di
modulazione degli impulsi, la cui durata può essere variata in base alla frequenza modulante.
o EIB ( www.eiba.com )
Il protocollo EIB (European Installation Bus) è stato sviluppato da un pool di aziende leader nei settori dei materiali e componenti per l'installazione elettrica, per soddisfare le esigenze legate all'automazione di case, uffici ed edifici in genere. EIB è uno standard aperto e disponibile a tutti i costruttori che intendono fornire soluzioni innovative nel settore dell'automazione degli edifici. EIB è implementabile su: doppino, onde convogliate su rete elettrica, Ethernet, radio frequenza, infrarosso. Dalla sua introduzione sono state realizzate svariate decine di migliaia di installazioni. Attualmente è confluito, in seguito al processo di "Convergenza" con gli standard Batibus ed EHS, nel nuovo standard KNX (Konnex) che si propone di diventare il sistema di riferimento europeo per l'automazione domestica.
o EHS ( www.ehsa.com )
Le specifiche EHS (European Home System), sviluppate in seno al progetto europeo ESPRIT (n°2431) da esperti delle principali industrie e grazie ad una collaborazione governativa, definiscono il modo con cui dispositivi elettrici ed elettronici presenti all'interno e all'esterno di un'abitazione, possono comunicare tra loro, utilizzando tutti i media comunemente disponibili. Il sistema può controllare milioni di indirizzi, corrispondenti ad altrettanti dispositivi collegati alla rete, riuniti in gruppi di 256 elementi. EHS dispone di funzionalità Plug & Play e di un efficace metodo di correzione degli errori, allo scopo di assicurare un'alta affidabilità al sistema. EHS, insieme a EIB e Batibus, ha partecipato al processo di "Convergenza", che si è concluso con la nascita del nuovo standard Konnex.
o ETHERNET ( www.ieee802.org/3/ )
Lo standard Ethernet, noto anche come IEEE 802.3, è nato per condividere e collegare tra loro, in modo semplice ed efficiente, dispositivi e risorse di rete. I protocolli utilizzati permettono un transito di dati con velocità comprese tra 1Mb/s ed 1Gb/s, utilizzando cavi coassiali (ora poco usati), doppino intrecciato, fibra
ottica. Diffusosi enormemente anche grazie alla crescita di Internet, è diventato il protocollo più utilizzato in applicazioni - reti in ambienti office, ma ha avuto una buona diffusione anche in campo industriale, grazie alla sua economicità ed affidabilità, dove è utilizzato per il controllo e monitoraggio di impianti e sistemi. Ultimamente viene impiegato anche in campo domotico grazie alle sue doti di versatilità e al grande numero di dispositivi ed applicazioni disponibili sul mercato. o HAVI ( www.havi.org )
L'architettura Home Audio-Video Interoperability (HAVi) è stata sviluppata da otto tra i maggiori produttori di apparecchiature elettroniche di consumo (Grundig, Hitachi, Matsushita, Philips, Sharp, Sony, Thompson e Toshiba) sotto forma di architettura di una rete domestica paritetica e distribuita. HAVi è basata sull'interfaccia i.LINK ed offre la connettività plug & play, l'interoperabilità tra apparecchiature di marche diverse e un'unica interfaccia d'utente, facile da usare, per controllare vari tipi di apparecchi Audio-Video.
o HBS ( www.fit.ac.jp )
Nato nel settembre 1988 come risposta all'europeo EHS e all'americano CEBus, L'Home Bus System è la soluzione proposta da un consorzio di società giapponesi l'Electronic Industries Association of Japan) al problema della standardizzazione, con il contributo di agenzie governative ed associazioni commerciali. Utilizza un cablaggio formato da due cavi coassiali e da otto coppie di cavo twisted-pair a cui vengono collegate apparecchiature audio/video, telefoni ed altri dispositivi.
o HES ( www.hes-standards.org )
L'Home Electronic System è uno standard internazionale per automazione domestica, che viene attualmente sviluppato da un gruppo di esperti provenienti da Nord America, Europa ed Asia. Gli esperti sono organizzati in un gruppo di lavoro noto come ISO/IECJTC1/SC25/WG1 che ha il compito di definire lo standard e sottoporlo alle nazioni partecipanti per essere approvato. Allo scopo di individuare soluzioni hardware e software che permettano ai produttori di offrire dispositivi che possano operare con reti domestiche di varia natura, il Gruppo di Lavoro si prefigge di specificare: un'interfaccia universale, un linguaggio di comunicazione e un
Gateway residenziale per connettere la rete domestica con le reti esterne dei service providers.
o JINI ( www.jini.org )
La missione dell'HomeRF Working Group è di permettere l'esistenza di un ampio numero di dispositivi consumer interoperabili, mediante la definizione di uno standard industriale aperto rivolto a computer e altri dispositivi elettronici. Questi potranno così colloquiare e scambiarsi dati e informazioni all'interno o nelle immediate vicinanze di un'abitazione in modo del tutto rasparente agli utilizzatori, che non dovranno preoccuparsi della realizzazione di una rete per il passaggio dei dati. All'associazione, partecipano i nomi più noti nei settori di hardware, software, elettronica e comunicazioni.
o KNX ( www.konnex.it )
KNX è nato in seguito alla fondazione dell'associazione Konnex, avvenuta nel maggio del 1999 da parte di EIBA (European Installation Bus Association), BCI (Batibus Club International) ed EHSA (European Home System Association) con lo scopo di realizzare e promuovere uno "standard unico" per applicazioni di Home e Building Automation. E' basato sulle migliori caratteristiche delle tre tecnologie di partenza e, di fatto, sul cuore dello standard EIB, con cui mantiene una totale compatibilità; integra inoltre le modalità di configurazione e i mezzi trasmissivi di BatiBus ed EHS. I componenti, realizzati da costruttori diversi, vengono garantiti, dopo una procedura di certificazione operata dall'associazione Konnex, per essere interoperabili, cioè per funzionare correttamente senza necessità di realizzare interfacce.
Sono previste tre modalità di configurazione dei dispositivi Konnex:
• "S-mode" (System mode), adatta ad integratori di sistema che possono ottenere funzioni complesse utilizzando un tool software (ETS)
• "E-mode" (Easy mode) che permette agli installatori una rapida configurazione dell'impianto, rinunciando ad alcune funzionalità
• "A-mode" (Automatic mode) pensata per gli utilizzatori finali e per un uso Plug & Play di dispositivi consumer.
Lo standard KNX offre i seguenti mezzi trasmissivi: • Doppino ritorto (Twisted pair, type 0 e 1)
• Modulazione su rete elettrica (powerline) a 110 kHz e 132 kHz • Radio Frequenza a 868 MHz
KNX è stato pensato anche per diventare un marchio di qualità ed aiutare quindi i consumatori ad orientarsi nell’offerta di componenti per la domotica.
o OSGI ( www.osgi.org )
OSGI (Open Service Gateway Initiative), cui aderiscono 14 società tra cui Alcatel, Ibm, Lucent, Motorola, Nortel, Oracle, Philips, Sun Microsystems e Toshiba, è uno standard aperto basato su Java che permette di creare un'interfaccia tra gli apparati domestici intelligenti e le reti di dati. I servizi possibili comprendono connettività Internet, servizi TV intelligenti, funzioni di automazione domestica e di monitoraggio a distanza.
o UPnP ( www.homerf.org )
L'iniziativa Universal Plug and Play, che adotta protocolli Web standard, permette a un'ampia gamma di dispositivi di riconoscersi e di comunicare direttamente tra di loro o attraverso apparecchiature intermedie come PC e set-top box. Questa tecnologia è supportata da Microsoft, cui si sono unite 250 altre società nei settori dell'elettronica di consumo, informatica, sicurezza, reti, dispositivi per la casa ed automazione domestica, che formano l'Universal Plug and Play Forum.
o VESA HOME NETWORK ( www.vesa.org )
Lo standard VESA Home Network (VHN) consente un trasferimento di informazioni tra ogni apparecchiatura digitale connessa in un'abitazione. Fornisce interoperabilità tra dispositivi collegati a reti di tipo diverso, comprendenti reti a banda stretta o ampia. Dà inoltre la possibilità di avere un controllo utente-dispositivo, dispositivo-dispositivo e dei servizi di gestione della rete, più un'interfaccia comune tra i Gateways Residenziali che collegano i dispositivi nella casa alle reti di accesso.
o X-10 ( www.x10.org )
X10 è uno standard storico dell'automazione domestica, presente ormai da vent'anni in America, che ha avuto una larga diffusione anche in Europa, e sembra mantenere, grazie anche alle innumerevoli periferiche disponibili sul mercato, una salda posizione nel panorama delle soluzioni HA. È costituito da un'unità centrale che invia dei comandi ai dispositivi periferici utilizzando un sistema ad onde convogliate su rete elettrica per la trasmissione dei dati. Il sistema centrale può anche essere controllato da un PC mediante software, oppure pilotato a distanza grazie a telecomandi a infrarossi.
o BLUETOOTH ( www.bluetooth.com )
Il consorzio Bluetooth è stato fondato nel 1998 da Ericsson, IBM, Intel, Nokia e Toshiba e comprende attualmente i maggiori produttori di apparecchiature di telefonia, elettronica ed informatica. Mediante un sistema radio che opera sui 2,4 GHz consente ad apparecchiature elettroniche ed informatiche di comunicare tra loro e scambiarsi dati con velocità fino ad 1 Mb/s in un raggio massimo di alcune decine di metri.
o ZIGBEE ( www.zigbee.org )
Il protocollo 802.11.4 - ZigBee, sviluppato dalla ZigBee Alliance, è stato definito allo scopo di supportare reti di oggetti a costi e consumi energetici molto minori rispetto ad altri più noti protocolli wireless. Caratterizzato da una velocità di trasferimento dei dati relativamente bassa (28 kbyte), ha però interessanti caratteristiche di sicurezza e la possibilità di collegare tra loro un alto numero di unità, cosa che lo rende particolarmente adatto a funzionalità di controllo, come nel campo della domotica: è stato infatti concepito per essere integrato negli oggetti di uso comune. Si tratta inoltre di uno standard aperto, cosa che dovrebbe garantirne una buona diffusione.
Anche da parte dei costruttori, vista l’enorme gamma di prodotti da comandare e la vastità dei servizi richiesti dagli utenti, risulta difficile sviluppare un sistema capace di ottimizzare le richieste di tutti. La chiave dello sviluppo di un progetto vincente è fornire un prodotto
che sia facilmente adattabile ai requisiti futuri, competitivo nei costi e che incontri le necessità dell’utente, sia quelle attese, in quanto realmente riconosciute come bisogni, sia quelle inattese, dovute alla scarsa informazione sulle nuove tecnologie o idee innovative. La domanda per i sistemi di automazione domestica deve quindi essere stimolata inventando nuovi prodotti e servizi: la semplice interconnessione delle applicazioni esistenti non è sufficiente. Inoltre i prodotti realizzati devono avere una complessità interna invisibile all’utente, che deve poter realizzare semplici procedure con un minimo addestramento.
1.7 Possibili ostacoli sulla strada della domotica
La domotica è una disciplina che nasce negli anni ’70; grazie ad essa tutti dovrebbero poter abitare in case più sicure e confortevoli, con un sistema semplice, affidabile, flessibile ed economico: un sistema alla portata di tutti, con un comfort nettamente superiore a costi simili o inferiori a quelli dei sistemi tradizionali. I vantaggi in termini di qualità della vita e di indipendenza e autonomia nella gestione della propria casa, derivanti dalla reale adozione della domotica nel contesto casalingo, ad esempio per gli anziani e le persone disabili, sono molti ed innegabili. Ma, analizzando il mercato nazionale ed internazionale, rileviamo come in più di trent’anni la diffusione dei sistemi BUS, i veri propulsori della domotica, non è affatto decollata.
Quali sono i principali motivi di questo rallentamento?
Sicuramente il principale problema è la qualità dell’aggiornamento richiesto ad istallatori e gestori di questi sistemi, che si trovano ad operare in un contesto assolutamente nuovo e complesso che richiede conoscenze informatiche ed elettroniche molto avanzate: gli alti costi da sostenere per la formazione e il pericolo di rimanere tagliati fuori dal nuovo mercato con competenze e professionalità ormai obsolete fanno sì che i tecnici elettricisti non vedano di buon occhio l’introduzione di sistemi tanto rivoluzionari. Così quello della “casa intelligente” diventa uno slogan privo di senso e in gran parte una promessa confusa lasciata a livello teorico.
Un altro problema non secondario è il costo nettamente superiore della domotica al confronto degli impianti tradizionali, che la rende accessibile ad una ristretta cerchia di benestanti.
Con la domotica è possibile gestire una serie di funzioni di controllo degli edifici con l’uso di un computer, un touch screen, un telefonino o un palmare. Tutti i sistemi BUS, infatti, hanno caratteristiche analoghe di funzione, ma la gestione della loro progettazione, programmazione ed installazione, in alcuni casi, è semplice ed indipendente, mentre in altri necessita, invece, dell’intervento esterno di professionisti, implicando un maggior costo per l’acquirente e non pochi problemi organizzativi. Inoltre l’automatizzazione delle funzioni di controllo, totalmente basata sull’uso delle nuove tecnologie e senza l’ausilio di sistemi alternativi, in caso di guasto o di semplice blackout porta notevoli problemi: in occasione del blackout di settembre, su tutti i giornali abbiamo letto degli interventi dei vigili del fuoco, chiamati a liberare i cittadini prigionieri di cancelli automatici nelle loro stesse abitazioni, privi del generatore d’emergenza o di un semplice comando manuale. Il mercato della domotica sarà certamente più diffuso tra un paio di generazioni, le quali rispetto alla popolazione attuale avranno più dimestichezza con le tecnologie e quindi meno diffidenza e difficoltà nell’ apprendere l’uso di sistemi complessi.
Con la domotica parliamo di risparmio, soprattutto di risparmio energetico: ma per fare conti reali di spesa dobbiamo tener presente che un tale sistema prevede il possesso di: - Un PC dedicato
- Un gruppo di continuità
- Un cellulare con abbonamento carta sim dedicato
- Un consumo medio giornaliero di 350 watt di corrente, la corrente inserita 365 giorni l’anno.
- Un contratto d’assistenza con tecnici specializzati e non più soltanto con l’installatore. Ci sono quindi dei costi latenti di cui dobbiamo tener conto al momento dell’acquisto.
1.8 Progetto di automazione domotica studiato
1.8.1 Introduzione
Presso l'Università di Pisa, nel dipartimento di Ingegneria Elettronica, è stato intrapreso un progetto di studio, progettazione e realizzazione di un insieme di vari ausili tecnologici, atti a migliorare la qualità della vita di persone disabili e di anziani. Il fine ultimo è quello di proporre oggetti validi ad un basso costo per l'utente in modo da rendere disponibile il prodotto per il maggior numero possibile di persone. Il mercato propone molti prodotti in questo settore, ma il costo spesso proibitivo ne limita l'effettiva fruibilità.
Il progetto a cui partecipa anche questa tesi, tratta la progettazione di una rete domotica da parte di diversi tesisti. L'obiettivo principale è di fornire all'utente un sistema piuttosto semplice da utilizzare e ad un basso costo, sia di acquisto, che di gestione. Il lavoro è orientato prevalentemente verso persone con limitate possibilità motorie e quindi rientra nella categoria di ausili EADL (Electronic Aid to Daily Living).
Come dice la sigla stessa, questa categoria di ausili contiene oggetti elettrici o elettronici studiati per migliorare la vita della persona attraverso strumenti di facile utilizzo e accessibilità. Questa categoria di ausili prevede una interfaccia di controllo dotata di feedback (spesso implementata attraverso un display) con la quale l'utente interagisce. Questa interfaccia è connessa a un secondo blocco che si occupa di far eseguire il comando impartito al dispositivo selezionato.
1.8.2 Aspetti principali del sistema
Nella progettazione di una rete domotica, è molto importante l’analisi dei bisogni dell’utente. In particolare se tale rete è progettata verso persone con bisogni speciali, dobbiamo anche considerare il livello delle loro capacità. Infatti in questo caso l’utente utilizza la tecnologia per meglio risolvere i problemi di tutti i giorni. La consapevolezza dell’importanza di questa scelta è un punto di partenza per il progetto di un impianto
“amico” di chi lo utilizzerà. Il primo passo nella progettazione di una rete domotica è quindi quello di cercare di capire quale e quanta domotica far entrare nell’impianto e saper spiegare al committente con realismo le ragioni di questa scelta e i vantaggi che possono derivarne. Purtroppo questo non sempre è possibile in quanto il livello di conoscenza della domotica rimane ancora oggi scarso e confuso tra il grande pubblico, anche a causa di una comunicazione commerciale che in alcuni casi, ha puntato maggiormente sull’innovazione tecnologica che sulla risoluzione di semplici problemi quotidiani.
Molto importante nel progetto di un impianto orientato verso disabili e anziani è il confronto con professionisti specifici del campo sanitario: in questo modo si riesce a fornire all’utente un prodotto che meglio si adatti alle sue esigenze e ai suoi bisogni. Per l’elaborazione del nostro progetto ci siamo potuti avvalere delle conoscenze e dei consigli di alcuni componenti del Centro Ausili di Bologna ( www.ausilioteca.org ), uno dei maggiori centri dedicati a persone che hanno difficoltà nel comunicare e interagire con l’ambiente. Particolarmente utili sono stati i consigli sull’ergonomia dell’interfaccia utente e riguardo ai maggiori bisogni delle persone con limitata attività fisica.
Le principali prerogative che abbiamo dato al progetto sono: • SEMPLICITÀ D’USO
• FLESSIBILITÀ • ECONOMICITÀ • ESPANSIBILITÀ
Tenendo presente i più comuni bisogni delle persone con limitata attività fisica, abbiamo progettato il sistema per interagire e operare nelle maggiori aree di interesse quali:
• SICUREZZA • COMFORT
• INTRATTENIMENTO • COMUNICAZIONE
In termini di sicurezza, il sistema si occuperà sia della persona che dell’ambiente che la circonda. Per la sicurezza della persona sarà implementato il telesoccorso che avvertirà i parenti o un centro di soccorso in caso di richiesta, mentre per la sicurezza dell’abitazione
sarà implementato un sistema anti-intrusione e una serie di allarmi che si attiveranno in caso di fughe di gas, incendi o mancanza di luce.
Il comfort è sicuramente uno degli aspetti di maggior attrazione per gli utenti. Fanno parte di questa categoria sistemi di apertura/chiusura porte e finestre, regolazione automatica della temperatura in base alle impostazioni definite dall’utente e automazioni varie che possono permettere lo svolgimento di lavori gravosi come l’apertura di pesanti ante di armadi.
Per quanto riguarda l’intrattenimento, si dà la possibilità di controllare tramite l’interfaccia utente, una vasta gamma di apparati elettronici tra cui: televisori, videoregistratori, lettori DVD e impianti Hi-Fi stereo dotati di telecomando.
Notiamo infine come sia disponibile una funzione di comunicazione in grado di far interagire indirettamente l’utente con il mondo esterno mediante l’interfaccia semplificata. La comunicazione con l’esterno avverrà attraverso telefono, citofono ed internet.
1.8.3 Architettura della rete
Dopo aver visto le principali funzionalità della rete domotica, occorre scegliere il tipo di architettura che si adatti alle caratteristiche della rete, in modo da ottenere il miglior compromesso tra semplicità e compatibilità con i sistemi controllati.
Riassumendo, le principali caratteristiche che deve avere l’architettura sono: • Massima flessibilità e riconfigurabilità
• Basso costo
• Facilità di configurazione e istallazione • Ridotta complessità hardware
Ci troviamo a questo punto di fronte ad una scelta: realizzare una rete wired o senza fili? Entrambe presentano pregi e difetti, ma considerando che il nostro sistema è pensato per essere a basso costo e soprattutto molto flessibile, installabile da chiunque senza grandi spese di cablaggio o di elettrodomestici dedicati, la scelta cade su un sistema wireless. Con questo metodo godiamo di una maggiore flessibilità (possono essere aggiunti, rimossi o
cambiati dispositivi senza dover sconvolgere il cablaggio dell’abitazione) e di una semplicità di istallazione nettamente superiore rispetto ad una rete cablata.
La rete domotica proposta è formata da due dispositivi principali: • Interfaccia utente
• Gateway
L' interfaccia utente fornisce alla persona una stazione di controllo con cui gestire gran parte degli utensili elettro-meccanici presenti nell'abitazione senza necessariamente avvicinarsi ad essi. Volendo realizzare un sistema dedicato all’utenza ampliata, l'interfaccia deve essere molto facile e intuitiva, in modo che chiunque possa, con poco impegno e poca difficoltà, impararne rapidamente l'uso. Il nostro progetto, inoltre, è diretto in particolare verso i disabili. Questo implica che l'interfaccia non richieda molta finezza nei movimenti e sia anche comoda da usare.
Il gateway ha il compito di fare da interprete tra l’interfaccia utente e i vari dispositivi presenti nell’abitazione. Si tratta di un dispositivo in grado di ricevere dati via radio dall’interfaccia utente, interpretarli e mandarli all’apparato interessato. Una volta arrivato il comando dall’ UI, il gateway individua per quale oggetto è stato spedito e quale comando deve eseguire. Provvede quindi ad una conversione di protocollo per adattarlo al particolare apparato e quindi lo spedisce utilizzando il canale più adeguato.
INTERFACCIA UTENTE
Tramite dei tasti, sensori adeguati al tipo
di handicap e un display, permette al disabile di scegliere quale operazione effettuare sui dispositivi
controllati dal sistema.
INTERFACCIA DI CONTROLLO Riceve il comando impartito dall’utente e lo
ritrasmette, via IR, verso il dispositivo interessato. Ce ne sarà
una in ogni stanza e sarà capace di comandare molti tipi di
oggetti tramite circuiti dedicati.
IR
Figura 1.3: Illustrazione dell'architettura del sistema
Il gateway verrà posto in ogni stanza dell’abitazione e sarà in grado di comandare tutti i dispositivi presenti per mezzo di raggi infrarossi. La scelta verso questo tipo di protocollo è stata fatta per diversi motivi; primo tra tutti quello di limitare al massimo il costo e la “intrusione” del sistema, considerando che molti elettrodomestici sono dotati di ricevitore IR. In questo modo riusciamo ad utilizzare molti elettrodomestici così come sono, senza dover proporre all’utente di comprare dispositivi ad hoc. Un altro aspetto positivo dei raggi infrarossi risiede nella loro incapacità di attraversare i muri: questo garantisce una buona sicurezza contro le intercettazioni dall’esterno e inoltre garantisce la completa certezza che il gateway potrà comandare solo i dispositivi presenti nella sua stanza eliminando il problema dell’ interferenza.
Un’altra possibile scelta era quella di dotare il gateway di uscita radio, ma così facendo l’utente avrebbe dovuto acquistare degli elettrodomestici ad hoc per la nostra rete e avremmo anche perso il vantaggio della facile istallazione.
Nel laboratorio sono allo studio diverse altre interfacce come dispositivi apri/chiudi porte o premi/rilascia pulsante in grado di accettare comandi inviati tramite segnali infrarossi in modo da estendere la capacità operativa del gateway.
1.8.4 Breve panoramica sull’interfaccia utente
Come abbiamo visto nel paragrafo precedente, il nostro sistema domotico si basa sull’interazione tra una interfaccia utente (UI) e i gateway verso i dispositivi presenti nelle stanze. Vediamo di scoprire meglio come è organizzato il dispositivo di comando.
La nostra interfaccia utente si presenterà, alla persona che la utilizza, come un dispositivo molto semplice comprendente unicamente due sensori esterni rappresentati da due tasti di facile accessibilità, un display LCD 2x20 ed un piccolo altoparlante. Sul display in maniera visiva e tramite l’altoparlante in maniera sonora, verranno poste delle richieste dal sistema all’utente e verrà data la conferma del buon esito o meno delle operazioni compiute. Nel progetto base, il comando è impartito dall’utente premendo uno dei tasti e navigando nel menù. Il sistema può essere impostato in due modalità di scansione: quella a un tasto e quella a due tasti. Nella modalità ad un tasto, la prima pressione provoca l’inizio della scansione e il menù inizierà a scorrere le varie scelte con una temporizzazione programmabile. L’utente potrà selezionare la voce semplicemente premendo il tasto, entrando così in un sotto-menù oppure inviando un comando. Nella seconda modalità, un tasto serve per la scansione dei menù e l’altro come selezione. Risulta ovvio che la modalità a due tasti è più veloce, ma richiede anche capacità più sviluppate da parte dell’utente. Il menù è articolato su una struttura a livelli: per prima cosa si deve scegliere la modalità di scansione a uno ( in questo caso bisogna scegliere anche la velocità di scorrimento) o due tasti. Dopodichè si sceglie a quale stanza è rivolto il comando e nel sotto-menù successivo a quale dispositivo è rivolto il nostro interesse. A questo punto siamo nell’ultimo livello, nel quale di deve individuare il comando da inviare.
Figura 1.4: Diagramma di flusso dei menù
Ovviamente, visto che ogni stanza ha i propri dispositivi e che ogni oggetto ha le proprie funzionalità, i menù non saranno tutti uguali.
Dopo che il comando è stato inviato al gateway, e che questo ha eseguito il compito, sul display ( o a livello acustico ) verrà visualizzato l’esito dell’operazione, in modo da dare all’utente un feedback sul corretto funzionamento del sistema.
La scelta di utilizzare due tasti di grandi dimensioni come dispositivi d’ingresso, è stata fatta seguendo requisiti di particolare importanza quali semplicità d’uso, flessibilità, basso costo e scarso consumo. In base al tipo di disabilità e alle diverse esigenze dell’utente, il dispositivo permette anche l’istallazione e l’utilizzo di altri dispositivi di ingresso quali sensori a soffio o a battito di ciglia e inoltre anche diverse modalità di gestione dei menù.
