خانه هوشمند چیست؟

[draz]

خانه هوشمند چیست؟خانه‌های هوشمند امروزه به عنوان یکی از بخش‌های مهم سیستم‌های مدیریت جامع ساختمان یا همان BMS مورد توجه واقع شده‌اند. خانه‌های هوشمند با هدف ایجاد آسایش و امنیت برای کاربران به سرعت در حال توسعه می باشند.امروزه تکنیک‌های مختلفی برای اتوماسیون ساختمان‌های بزرگ بکار گرفته‌می‌شود از قبیل کنترل نور ،کنترل دما، کنترل درها و پنجره‌ها و پرده‌ها و یا سیستم‌های امنیتی و مدار بسته و غیره. علاوه برموارد یاد شده، در خانه‌های هوشمند، کاربرد‌های دیگری نیز از قبیل کنترل Multimedia، آبیاری گیاهان و غذا دادن به حیوانات خانگی نیز قابل تعریف است.
سیستم‌های خانه ی هوشمند علاوه بر ایجاد آسایش و امنیت مضاعف در خانه به بهینه‌سازی مصرف انرژی و صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌های نگهداری ساختمان نیز کمک شایانی ‌می‌نماید.
ضمناً این سیستم‌ها علاوه بر مخاطبین معمول خود می‌توانند در بهبود کیفیت زندگی معلولین و سالمندان نیز کمک شایانی نمایند. بسته‌های موجود در خانه‌های هوشمند می‌توانند موارد زیر را تحت کنترل قرار دهند:
۱٫ کنترل دما
۲٫ کنترل روشنایی
۳٫ کنترل نور طبیعی (به کمک باز و بسته کردن خودکار پرده و کرکره ها)
۴٫ سیستم های صوتی و تصویری
۵٫ سیستم های اعلام حریق
۶٫ سیستم‌های حفاظتی وامنیتی
۷٫آبیاری گیاهان و تغذیه حیوانات
•تکنیک های به کار رفته جهت هوشمند سازی بنا به دو دسته کلی تقسیم می گردند:
۱٫روش هایی که در آنها نیازی به کابل کشی مجزا برای کنترل ادوات مختلف وجود ندارد. در این روش ها سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده ، از طریق شبکه برق موجود در این ساختمان ها و یا با کمک سیگنالهای RF منتقل شده و در مقصد ، دستگاه مورد نظر را کنترل می نماید. مشهورترین تکنولوژی در این دسته X10 و Z-Wave می باشد.
۲٫ روش هایی که در آنها برای کنترل وسایل و ادوات مختلف علاوه بر سیم کشی برق ساختمان نیاز به برپایی یک شبکه کابلی مجزای دیگر به جهت انتقال سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده داریم. در این دسته نیز معتبر ترین تکنولویی KNX می باشد.
شایان ذکر است که به غیر از موارد مذکور کلیه تجهیزاتی که به نحوی با برق کار کرده و یا قابلیت تبدیل به سیستم برقی در آنها وجود دارد در این مجموعه قرار خواهد گرفت.
تکنولوژی های متفاوتی جهت اجرای سیستم های مذکور در خانه ها موجود است که در ذیل به برخی از آنها اشاره گردیده است:
۱٫ X10
2. EIB
3. Z-Wave
4. C-Bus
در کلیه تکنولوژی های فوق تمامی امکانات قابل اجرا و بهره برداری می باشند.
X10 چیست ؟
-X10 یک استاندارد صنعتی برای برقراری ارتباط بین ادوات استفاده شده‌ در سیستم‌های Home Automation است. این روش اساساً سیستم‌های انتقال برق را به جهت ارسال سیگنالها و کنترل های مورد نظر خود مورد استفاده قرار می‌دهد که سیگنالها به‌عنوان اطلاعات دیجیتال ازفرکانس‌های پایین برق متناوب استفاده می‌نمایند. ضمناًیک انتقال بر پایه ارسال سیگنالهای رادیویی نیز در این روش استفاده می‌شود.
-X10 به‌عنوان اولین تکنولوژی domotic در سال ۱۹۷۵ توسط شرکتPico Electronics اختراع شد که هنوز هم به‌عنوان پرکاربردترین این تکنولوژی‌ها مطرح می‌باشد. امروزه از این تکنولوژی در سرتاسر دنیا به خصوص در مواقعی که امکان استفاده از شبکه های باسیم وجود ندارد استفاده می گردد.
• Device Module ها :
بسته به باری که بایستی کنترل شود ماژول‌های مختلفی بایستی بکارگیری شود. برای لامپهای معمولی یک ماژول لامپ و یا ماژول رادیویی می‌تواند استفاده گردد. این ماژول‌های با کمک ترایاک لامپ را روشن و خاموش و یا پرنور وکم‌نور می‌نمایند. این ماژولها هیچ صدایی را ندارند و باری بین ۴۰ تا ۵۰۰ وات را کنترل می‌نمایند. برای بارهایی غیر از لامپ‌های معمولی مثل فلورسنت و یا لامپ های متال (دشارژ بسیار سریع) و یا وسایل الکترونیکی ماژول‌های لامپ مناسب نیستند و یک ماژول وسایل برقی بایستی به‌کارگرفته شود. این ماژول‌ها جهت روشن و خاموش کردن وسایل از یک رله Impulse استفاده می‌نمایند. این ماژولها غالباً برای کنترل وسایلی که از آمپر‌های خیلی کم تا حدود ۱۵A را استفاده می‌نمایند استفاده می‌شوند.
بسیاری از ماژول‌ها قابلیت دیگری را بنام کنترل منطقه‌ای ارائه می‌دهند. یعنی اگر ماژول خاموش باشد روشن کردن کلید اصلی دستگاه یا لامپ باعث روشن شدن آن می‌شود بدون اینکه نیاز باشد شما به سراغ دستگاه کنترل کننده X10 بروید. لازم به ذکر است ماژول‌های کلید دیواری این قابلیت را ندارند.
برخی ماژول‌های کلید دیواری قابلیتی را به‌نام کم کردن نور محلی دارند. معمولاً یک کلید لامپ معمولی فقط قابلیت روشن و خاموش کردن می‌دهند تا قابلیت کم نور و پر نور کردن ولی در این کلیدها فشاز دادن و نگه‌داشتن کلید زنگی باعث می‌شود که لامپ کم‌نور و پرنور شود.
کنترل کننده ها :
بازه بسیار گسترده‌ای را از کنترل کننده‌های بسیار ساده تا کنترل کننده‌های بسیار پیشرفته را شامل می‌شوند. ساده‌ترین کنترلها برای کنترل ۴ وسیله X10 طراحی شده‌اند که می‌تواند:
۱) چهار وسیله را کنترل کند
۲) آخرین وسیله انتخابی را کم‌نور یا پرنور نماید
۳) همه را روشن و یا همه را خاموش نماید.
کنترل‌های پیشرفته‌تر می‌توانند وسایل بیشتری را کنترل کرده و یا می‌توانند نقش یک تایمر را ایفا نماید که درزمانهای معینی کارهای از پیش تعیین شده‌ای را انجام می‌دهند. همچنین برخی از این کنترلها می‌توانند به کمک Motion-detector ها یا Photo cell‌ ها چراغ‌ها را روشن یا خاموش نمایند.
نهایتاً کنترل‌های بسایر پیشرفته‌ای نیز موجود هستند که می‌توانند کاملاً برنامه‌ریزی شده و یا برنامه‌هایی که در یک کامپیوتر خارجی نوشته‌شده‌اند را اجرا نمایند. این وسائل می‌توانند بسیاری از فعالیت‌های زمان‌بندی شده را انجام دهند. به سنسورهای خارجی پاسخگو باشند و کاری را به‌صورت یکپارچه و با فشار یک دکمه انجام دهند، مثلاً چراغ‌ها را روشن کنند، سطح روشنایی را تنظیم نمایند و … . برنامه‌های کنترلی برای کامپیوتر‌هایی که تحت ویندوز هستند ، Apple Macintosh‌ ها و یا Linux‌ ها در دسترس هستند.
در این تکنولوژی سیستم‌های هشدار‌دهنده سرقت نیز وجود دارند . در این سیستم‌ها کنترل‌کننده ها از پروتکل‌های X10 استفاده نموده و یا بطور‌عادی سیم‌کشی می‌شوند تا به یک سری از سنسور‌های خارجی که ممکن‌است درها، پنجره‌ها یا سایر نقاط دسترسی را مراقبت می نماید مرتبط شوند. ممکن است کنترل کننده بعد از تشخیص سرقت از پروتکل X10 جهت روشن کردن چراغ‌ها، به صدا درآوردن آژیر و … استفاده نماید.
نقاط ضعف و محدودیت ها :
یک مشکل با X10 فراوانی تضعیف سیگنالها بین دو هادی در سیستم‌های سه سیمه است که در بسیاری از نقاط آمریکای شمالی استفاده می‌گردد. سیگنالها از یک فرستنده بر روی یک هادی فعال امکان انتشار به یک‌هادی دیگر از طریق سیم‌پیچ‌های یک ترانسفورماتور با امپدانس بالا را ندارند. معمولاً هیچ راه‌حل قابل اطمینانی برای ارسال سیگنالها از روی یک فاز بر روی فاز دیگر وجود ندارد. این مشکل ممکن است برای وسایلی که با ولتاژ ۲۴۰ ولت کار می کنند مثل بخاری‌ها و خشک‌کن‌ها پدید آید و باعث خاموش و روشن شدن آنها شود (در این قسمت از مقاله به کشورهایی که ولتاژ برق شهر در آنها ۱۲۰ ولت است و برخی وسایل به‌صورت ۲ فاز با ۲۴۰ ولت کارمی‌نمایند اشاره شده است ). وقتی این دستگاه‌ها روشن می‌شوند یک پل با امپدانس پایین را برای سیگنالهای X10 ، بین ۲ فاز ایجاد می‌نمایند. این مشکل را می‌توان با نصب یک خازن بین فازها برای عبور سیگنالهای X10 مرتفع نمود. بیشتر حرفه‌ای های این محصولات ، یک تقویت‌کننده فعال را بین فازها نصب می‌نمایند. این تقویت‌کننده‌ها در خانه‌هایی که به‌صورت ۳ فاز از برق شهر استفاده می‌نمایند نیز ، جهت انتقال سیگنالهای X10 بین فازها مورد نیاز است. در ایران غالب منازل از یک سیستم ۲۴۰ ولت تک فاز استفاده می‌نماند بنابراین این مشکل احتمال وقوع ندارد.
مشکلات دیگر :
تلویزیون‌ها یا وسایل بی‌سیم ممکن است سیگنالهای On یا Off مجازی تولید نمایند. Noise Filtering (که روی بسیاری از کامپیوتر‌ها یا مودم‌ها نصب می‌شود) می‌تواند به دور نگه‌داشتن این نویز‌ها از سیگنالهای X10 کمک نماید، ولی Noise Filter‌هایی که برای X10 طراحی نشده‌اند ممکن است خود باعث فیلتر شدن سیگنالهای X10 گردند.
ضمناً برخی منابع تغذیه بکاررفته در وسائل الکترونیکی پیشرفته مثل کامپیوتر‌ها، تلویزیون‌ها و رسیور‌های ماهواره سیگنالهای X10 را دراصطلاح می‌بلعند. به‌طور نمونه،‌خازن‌های بکاررفته در ورودی‌های منابع تغذیه این سیستمها سبب ایجاد اتصال کوتاه بین فاز و نول برای سیگنالهای X10 شده و بنابراین باعث توقف سیگنالهای تولید شده توسط آن سیستم و حتی حذف سیگنالهای تولیدشده توسط لوازم نزدیک به آن خواهند شد. فیلتر‌هایی دردسترس هستند که می‌توانند حتی مانع از رسیدن سیگنالهای X10 به چنین دستگاه‌هایی گردند و باعث شوند چنین ایرادات مبهمی در X10 از بین برود.
برخی کنترل‌کننده‌های X10 نمی‌توانند در توان‌های پایین (زیر ۵۰ وات) عملکرد مناسبی داشته‌باشند. یا حتی اصلاً کار نخواهند کرد و یا حتی با وسایلی مثل فلورسنت ها که بار مقاومتی زیادی ندارند مشکل ساز خواهند شد. بکارگیری یک Appliance Module بجای یک Lamp Module این دست مشکلات را مرتفع خواهد نمود.
سیگنالهای X10 فقط می‌توانند یک دستور را در یک زمان ارسال نمایند. اگر در یک لحظه دو سیگنال X10 ارسال شود تداخل بوجود آمده و گیرنده‌ها پاسخ مناسب را نشان نخواهند داد.
Z-Wave چیست؟
-Z-Wave یک پروتکل ارتباطی دوطرفه بی‌سیم است که با اتحاد شرکت دانمارکی Zensys و Z-Wave ارائه شد.این تکنولوژی برای توان‌ها و پهنای باند‌های کم طراحی شده‌است.یعنی برای استفاده در کاربرد هایی مانند Home Automation و یا Sensor Network ها.
Z-Wave یک شبکه با کیفیت بالا را در برابرقیمتی که معادل بخشی از قیمت تکنولوژهای مشابه آن می باشد در اختیار کاربران می‌گذارد که این امر با تمرکز برروی استفاده از پهای باند کم و جایگزینی سخت‌افزارهای گران قیمت با روشهای نرم‌افزاری امری ابتکاری است.گفتنی است که در این تکنولوژی از هیچگونه سیم کشی برای انتقال سیگنالهای کنترلی استفاده نشده و این امر فقط به کمک سیگنالهای RF صورت می پذیرد.
محدوده استفاده از Z-Wave :
Z-Wave عمدتاً‌ از تکنولوژی RF برای Remote control ها استفاده می‌نماید.تکنولوژی Z-Wave با مصرف انرژی کم، انتقال دوطرفه ، تکنولوژی شبکه Mesh و پشتیبانی از “باطری به باطری” گزینه مناسبی برای سنسورها و دستگاه‌‌های کنترلی می‌باشد.
تکنولوژی شبکه Mesh برای Z-Wave می‌تواند دستورات را به‌صورت دو طرفه از یک وسیله به وسیله دیگری منتقل نماید درحالیکه ممکن است موانع و یا نقاط کور رادیویی در محل موجود باشد.
تکنولوژی Z-Wave به‌صورت چیپ ست‌هایی به تنهایی دردسترس است. پروتکل Z-Wave درون چیپ‌ها جاسازی شده‌است. و حافظه Flash جهت تولیدکنندگان این محصولات برای بارگذاری نرم‌افزارهایشان تعبیه شده‌است.
برای راحتی ارائه محصولات طرح‌های از پیش آماده‌ای بر روی برد‌های PCB درکنار چیپ‌های تکی Z-Wave ارائه می‌شود که می توان به برد‌های آنتن‌ و فیلتر‌ها اشاره نمود.
شما می‌توانید به ‌کمک Z-Wave تمامی وسایل خود را حتی زمانی که در خانه نیستید تحت کنترل داشته باشید. و این امر از طریق یک PC و با کمک اینترنت از هر نقطه از دنیا میسر خواهد بود . حتی با کمک موبایل نیز قادر به انجام بسیاری از این امور خواهید بود.
به‌دلیل اینکه Z-Wave روی فرکانس خاص خود کار می‌کند (که Unic می‌باشد) با هیچیک از دیگر وسایل بی‌سیم مثل تلفن‌های بی‌سیم، روترها و مودم‌ها و… تداخل نخواهد داشت.
از نکته قابل تأمل درخصوص Z-Wave این است که بر روی کلیه سیستم‌های “با سیم” خانه‌ها موجود قابل اجرا بوده و امکانات جدید موجود درخانه‌های نسل بعد را برای شما مهیا می‌سازد.
Z-Wave در برابر X10:
Z-Wave در برخی کاربرد‌ها نسبت به X10 دارای رجحان می‌باشد.در حالیکه X10 سیگنالها را بر روی خطوط قدرت ارسال می‌نماید و یک مبدل RF را به‌صورت انتخابی پیشنهاد می‌دهد، Z-Wave کاملاً برپایه RF استوار است.سیستم‌های Z-Wave بسیار سریعتر از سیستم‌های X10 پاسخگو می‌باشند و یک اعلام وصول را جهت حصول اطمینان از عدم مفقود شدن سیگنال بدون تولید خطا (یعنی در صورت مفقود شدن سیگنال حداقل بایستی خطا اعلام شود.) مطالبه می‌نماید. سیستم‌های X10 تقریباً یک ثانیه زمان برای ارسال دستور نیاز دارند درحالیکه Z-Wave ارسال دستور و اعلام وصول را درزمانی حدود ۵۰ms انجام می‌دهد. تقریباً غالب نقاط Z-Wave خود به‌عنوان یک Repeater نیز عمل می‌نمایند. بنابراین وسیله شما نیازی ندارد که درپوشش کنترل شما قرار گیرد. زیرا تعدادی از وسایل در بین راه نقش قاصد انتقال پیام را بازی می‌کنند.
ضمناً‌ Z-Wave اساساً امنیت بیشتری را نسبت به X10 ارائه می‌نماید. هر کنترلر یک کد ۳۲ بیتی به عنوان home code دارد. وقتی این کنترلر برای یک شبکه استفاده می‌شود. این home code به تمام وسایل و ادواتی که به این شبکه ملحق شوند اختصاص می‌یابد. این قضیه را با X10 که دارای home code 16 یا home code 4 بیتی است مقایسه نمایید. دستگاه‌های Z-Wave پیام‌های ارسالی از home code های دیگر را می‌شوند اما پاسخ و عکس‌العمل به آن نشان نمی‌دهند. یک حمله‌کننده حرفه‌ای قطعاً خواهد توانست یک پیام ساختگی ایجاد کند اما این امر هرگز اتفاقی رخ نخواهد.
توپولوژی و مسیریابی:
Z-Wave از توپولوژی شبکه Mesh کامل استفاده می‌نماید و هیچ نقطه اصلی در شبکه وجود‌ندارد.یک پیام از A به C می‌تواند به موفقیت منتقل شود حتی اگر این دو نقطه یکدیگر را پوشش نمی‌دهند و انتقال از طریق نقطه B بین این نقاط صورت می‌گیرد. اگر یک مسیر مقدم در دسترس نباشد صادرکننده پیام تلاش خواهد نمود مسیرهای دیگری را به سمت نقطه مقصد پیدا نماید. بنابراین یک شبکه Z-Wave می‌تواند پوششی به مراتب بیش از یک واحد آپارتمان (۳۰mچیزی در حدود) را داشته باشد. برای اینکه تجهیزات Z-Wave بتوانند سیگنالهایی را که خودشان صادر نموده‌اند را منتقل نمایند، نمی‌توانند در حالت خواب (Standby)فروروند بنابراین اکثر دستگاههایی که با باطری کار می‌کنند به عنوان یکRepeater انتخاب نمی‌شوند. یک شبکه Z-Wave می‌تواند شامل۱۳۲ واحد باشد (که این تعداد با قابلیت پل زدن بین شبکه‌ها در صورت نیاز به تعداد واحد بیشتر قابل افزایش است) نیازمند باشد.
گستردگی Z-Wave :
پیوستگی Z-Wave شامل یک کنسرسیوم و بیش از یکصد تولید کننده مستقل است که موافقت نموده‌اند که محصولات کنترل وسایل خانگی را بر پایه استاندارد Z-Wave تولید نمایند. اعضاء اصلی شامل : Danfoss، Intel، Intermatic، Leviton، Master Cable، Universal Electronic، Wayne Dalton، Z-Wave، Tensys.
KNX چیست؟
- KNX یک استاندارد بر مبنای مدل OSI بوده و یک پروتکل ارتباطی شبکه است که در خانه‌های هوشمند به‌کار می‌رود. KNX یک جانشین و در ضمن یک یکسو کننده برای سه استاندارد قبلی زیر می‌باشد:
European Home System Protocol (EHS)
Bati BUS
European Installation BUS (EIB)
در حال حاضر استاندارد KNX توسط انجمن Konnex مدیریت می‌شود.
پروتکل KNX :
این استاندارد بر پایه سیستم ارتباطی EIB بوده که با لایه‌های فیزیکی ، شیوه‌های Config و تجارب کاربردی Bati BUS و EHS گسترش یافته‌است.
KNX بستر‌های ارتباطی فیزیکی زیادی را تعریف می‌کند:
۱٫سیم‌کشی با کمک زوج بهم تابیده ( برگرفته از استانداردهای EIB و Bati BUS )
2.شبکه برق ساختمان (برگرفته از استانداردهای EIB و EHS،‌شبیه آن چیزی که X1O عمل می‌نماید.)
۳٫استفاده از امواج رادیویی
۴٫( Ethernet) که با عناوین EIB net/IP و یا KNX net/IP نیز شناخته می‌شود.
• KNX فارغ از هرگونه Platform سخت‌افزاری طراحی شده‌است. یک وسیله در شبکه KNX می‌تواند توسط هرچیزی کنترل شود، از یک میکرو کنترلر ۸ بیتی تا یک PC، که این امر را نیاز خاص آن مقطع تعیین می نماید.
در برخی از نقاط دنیا امروزه KNX درحال رقابت با C-BUS طراحی شده توسط شرکت Clipsal است. اما بیشترین نوع نصب KNX نصب برروی بستر ارتباطی زوج سیم می‌باشد.
حالات برنامه‌ریزی :‌
۱٫وضعیتA-Mode یا همان “Automatic Mode” یا حالت خودکار که تجهیزاتی هستند که به‌صورت خودکار خودشان را برنامه‌ریزی می‌نمایند و طراحی شده‌اند تا کاربران نهایی خرید و تصب آنها را انجام دهند.
۲٫وضعیت E-Mode یا همان “Easy Mode” یا حالت آسان که تجهیزاتی هستند که آموزش‌های ابتدایی را برای تصب نیار دارند. رفتار آنها از پیش برنامه‌ریزی شده‌است. با این وجود پارامترهای قابل برنامه‌ریزی نیز دارند که متناسب با نیاز کاربر تعریف می‌شوند.
۳٫ S-Mode یاهمان “System Mode” یا حالت سیستمی که تجهیزاتی هستند که در ساخت سیستم‌های اتوماسیون سفارشی به‌کار گرفته می‌شوند. تجهیزات S-Mode هیچ پیش‌فرض اولیه‌ای نداشته و بایستی توسط تکنسین‌های مجرب نصب و برنامه‌ریزی شوند.
بستر‌های ارتباطی متفاوتی در KNX وجود دارند :
۱٫ Twisted pair TP0: این بستر از Bati BUS گرفته شده و بیشتر در فرانسه کاربرد دارد. امروزه اکثر سازندگان به TP1 روی آورده‌اند.
۲٫ TP1: از EIB گرفته‌شده و بیشتر از ۹۰٪ محصولات فعلی KNX بر این مبنا می‌باشد. در TP1 انتقال با کیفیت بالا با قیمت پایین تلفیق شده‌است. توپولوژی TP1 بسیار انعطاف پذیر است : خطی ، ستاره ای ، درختی و یا تلفیقی از این‌ها. برای انتقال فیزیکی اطلاعات ، یک سیگنال کد شده در باند پایه متقارن با نرخ انتقال ۹۶۰۰bps درنظر گرفته شده‌است. تجهیزاتی که به TP1 متصل می‌شوند می‌توانند از طریق BUS اصلی تغذیه شوند.
۳٫ Power Line PL110: که این نیز برگرفته از EIB می‌باشد. امروزه کارخانه‌های کمی PL110 را پشتیبانی می‌نمایند اما کماکان یک بازه کامل از محصولات را برای روشنایی، پرده و کرکره‌ها، سیستم‌های سرمایشی و گرمایشی ارائه می‌نمایند. در اینجا نرخ انتقال سیگنال‌های اطلاعات ۱۲۰۰ می‌باشد. این بستر جایگزین بسیار مناسبی برای مکانهایی است که امکان استفاده از سیم‌های زوجی وجود ندارد.
۴٫ Power Line PL132: این توپولوژی از EHS برگرفته‌شده‌است که امروزه توسط سازنده‌های کمتر استفاده می‌شود. در اینجا نرخ انتقال اطلاعات ۲۴۰۰bps می‌باشد. عملاً درحال حاضر محصولاتی برای این استاندارد وجود ندارد و احتمالاً در آینده کاملاً محو خواهد شد.
۵٫ Radio Frequency RF: که هنوز در خانواده KNX یک تازه وارد حساب می‌شود. اگرچه در حال حاضر تولید‌کنندگان کمی از این استاندارد استفاده می‌نمایند پش بینی می شوددر آینده نزدیک بسیاری از تولید‌کنندگان به این استاندارد روی خواهند آورد. KNX RF از امواج رادیویی با فرکانس مرکزی ۸۶۸٫۳۰MHz با یک نوسان ۵۰KHz برای مدوله کردن اطلاعات استفاده می‌نمایند. با نرخ اطلاعاتی ۱۶۳۸۴ تقریباً میزان فریم‌های انتقالی با TP1 برابر خواهند بود.
۶٫ Internet Protocol KNX net /IP: اخیراً به‌عنوان یکی از بستر‌های KNX معرفی شده و انتظار می‌رود در آینده ی KNX ، به یکی از مهمترین بستر‌های انتقال اطلاعات تبدیل شود. این امر افقها را به‌سوی سیستم‌های ارتباطی سطح بالا در ساختمان‌ها باز کرده و همزمان یک Gateway استاندارد را برای نصب KNX ایجاد می‌نماید.
۷٫ بنابراین KNX یک بازه گسترده از بستر‌های ارتباطی را در اختیاز قرار می‌دهد . با این وجود TP1 به‌عنوان مهمترین بستر ارتباطی خانواده KNX مطرح می‌باشد. KNX RF یک انتخاب مناسب برای پاسخ به تقاضاهای ارتباطی بدون سیم در سیستم‌های اتوماسیون ساختمان می‌باشد. و PL110 همچنان می‌تواند به‌عنوان یک راه‌حل به‌خصوص برای ساختمان‌های بازسازی شده‌باشد. پل ارتباطی برای ارتباطات نیازمند به پهنای باند بالا مانند صدا، تصویر و سایر ارتباطات اینچنین از طریق KNX net/IP امکانپذیر می‌باشد.
C-BUS چیست ؟
- C-BUS یک پروتکل برای اتوماسیون منازل و ساختمانهاست که در استرالیا ، نیوزلند،‌آسیا ، خاورمیانه ، روسیه ، آمریکا ، آفریقای جنوبی ، انگلستان و بخش‌های دیگر از اروپا ، از آن استفاده می‌‌گردد.
C-BUS توسط شرکت Clipal و در بخش سیستم‌های جامع کلیپسال یا همان file:///C:\Users\mostafa\AppData\Local\Temp\msohtmlclip1\0 1\clip_image001.gifClipsal Integrated Systems) جهت استفاده در سیستم‌های Home Automation و کنترل روشنایی این شرکت طراحی گردید. امروزه درآمریکا C-BUS تحت نام تجاری Square D نیز مطرح می باشد.
-C-BUS در کنترل سیستم‌های Home Automation به‌خوبی سیستم‌های کنترل روشنایی اقتصادی در سیستم های مدیریت کلان ساختمان یا همان BMS عمل می‌نماید.
بر خلاف پـروتکل عمومی X10 که در یک ‌سری سیگنال‌های اجباری بـر روی خطوط قدرت استفاده می‌نمایند، C-BUS یک کابل اختصاصی ولتاژ پایین یا یک شبکه بی‌سیم دوطرفه را جهت انتقال سیگنال‌های کنترل و فرامین استفاده می‌نماید. این امر اعتبار ارسال دستورات را بیشترکرده و باعث می‌شود C-BUS نسبت به X10 برای ساختمان‌های بزرگ و کارهای تجاری مناسب‌تر باشد.
سیستم C-BUS:
C-BUS می‌تواند برای کنترل نور و سایر سیستم‌های الکتریکی از طریق ریموت کنترل استفاده شود. و ضمناً می‌تواند با یک سیستم حفاظتی، محصولات صوتی و تصویری یا سایر موارد الکتریکی در تعامل باشد. سیستم C-BUS در دوحالت با سیم‌ و بدون سیم در دسترس می‌باشد. درگاه (Gateway) جهت ارتباط بین شبکه‌ای با سیم و بدون سیم آن نیز در دسترس است. سیستم با سیم C-BUS از یک کابل Cat5 UTP به‌عنوان بستر ارتباطی بهره می‌برد. سیم‌کشی شبکه با کمک Cat5 در C-BUS از یک ساختار توپولوژی آزاد بهره می‌برد. ماکزیمم طول سیم بکار رفته در C-BUS ،حدود ۱۰۰۰ متر است. با این وجود این متراژ با استفاده از Bridge در شبکه قابل افزایش است. در یک شبکه تا حدود ۱۰۰ دستگاه مختلف قابل نصب است که این تعداد نیز به کمک Bridge ها قابل افزایش هستند.
حداکثر تعداد شبکه‌های C-BUS در یک نصب ۲۵۵ شبکه می‌باشد (توجه داشته‌باشید که این محدودیت اگر از یک واسطC-Bus Ethernet استفاده ‌شود اعمال نخواهد شد، در آن شرایط سیستم فقط محدودیت آدرسIP را خواهد داشت).حداکثر تعداد شبکه‌های متصل شده به‌صورت سری به شبکه محلی از طریق Bridge های شبکه ۷ عدد است (یعنی استفاده از ۶ عدد Bridge)

[draz]

در سال 1970، ورود کامپیوتر و تکنولوژی ارتباطات راه دور، زندگی بشر را متحول کرد. این تغییر و تحول حتی از نظریه‌‌ای که خود، جلودار این تکنولوژی بود، پیشی گرفت. از سال 1990، زندگی فردی و اجتماعی افراد، با ورود کامپیوتر و ارتباطات راه دور و در نتیجه بی‌معنی شدن فاصله‌ها، تغییرات بسیاری کرد. فضاها و مکانهای فیزیکی و تعاریفشان، درست همانند چهره انسان، در طول زمان دچار تغییر شده‌اند. برای مثال اتاقهای ملاقات و کنفرانس شکل مجازی به خود گرفته اند. چرا که بسیاری از عناصر و اجزاء فیزیکی آنها، جای خود را به کامپیوتر داده‌اند.
این اتفاق درست همان چیزی است که می‌توان نامش را وحدت میان توانایی‌های کامپیوتر و دنیای فیزیکی ما دانست. در هم آمیختن دنیای فیزیکی ما با کامپیوتر این امکان را فراهم می‌آورد تا دنیای بدست آمده با ذهنی کامپیوتری بیاندیشد.
کامپیوتر این توانایی را دارد که اطلاعات را دریاف کند (input) و آنها را با کامپیوترها و ماشین‌های دیگر رد و بدل کند. همچنین کامپیوتر می‌تواند به راحتی کارهایی نظیر، پویش اطلاعات، محاسبه، نتیجه‌گیری (output) را در مدت زمان کوتاهی انجام دهد. گویی کامپیوترها هم می‌تواند بیاندیشند، اما سریعتر از انسانها.

امروزه ساختمانها خود گونه ای از تکنولوژی هستند. آنها خود را با تکنولوژی وفق می‌دهند و از آن بهره می‌گیرند. ساختمانها به عنوان یک سازه به محض اینکه توانایی کامپیوتر را در اختیار بگیرند، هوشمند خواهند شد. نخستین بنای هوشمند از تکنولوژی در جهت مهیا ساختن محیطی امن و راحت و انرژی زا استفاده کرد. ایده یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نوردهی، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش رو قرار می‌دهد. عامل یکپارچگی، این توانایی را به سیستمها می‌دهد تا بتوانند اطلاعات را میان خود رد و بدل کنند. تبادل اطلاعات میان این سیستم‌ها باعث می‌شود که خروجی اطلاعات که همان نتیجه نهایی است، بدون ایجاد هر گونه اختلال، انجام شود. از سوی دیگر سیستمهای خروجی اطلاعات و یا تصمیم گیرنده‌های نهایی، سیستم‌هایی هستند پاسخگو، که پاسخی مناسب برای اطلاعات ارسالی که از منابع گوناگون به سیستم وارد می‌شوند، مهیا می‌کنند. خروجی‌های اطلاعات( output) و سیستم‌های تصمیم گیرنده ، اصلی‌ترین و ضروری‌ترین مولفه در این نوع معماری که به نام معماری پاسخگو شناخته می‌شود، هستند.

این مقاله تحقیقی است کلی و عمومی از معماری هوشمند و بر روی این مسئله به بحث می‌پردازد که چه زمانی یک «معماری پاسخگو» و «معماری حرکتی» تبدیل به معماری هوشمند می‌شوند.
2. تعاریف ساختمانهای هوشمند
مفهوم ساختمان هوشمند معرف نوعی بده و بستان و تبادل قوی و بدون نقص اطلاعات میان بخش‌های مختلف ساختمان است. اصطلاح «بخش‌های ساختمان»، همه اجزایی را که در اداره کردن ساختمان نقش ایفاء می‌کنند را در بر می‌گیرد. بخش‌هایی نظیر HVAC، بخش‌های مکانیکی، ساختمانی، کنترل دسترسی، امنیتی، مدیریتی، نوردهی، نگهداری و تعمیرات، شبکه محلی و مدیریت انرژی. ساختمان‌ هوشمند یعنی کنترل و مدیریت اجزاء یک بنا توسط کاربرانی که از توانایی‌های کامپیوتر استفاده می‌کنند تا نیازها را برآورده سازند. نیازهایی که ممکن است شامل کارآمدی، سودمندی و ذخیره انرژی، سرگرمی، ایجاد شعف و شادی، آسایش، بازگشت سرمایه و کم کردن هزینه‌های زندگی باشد. بنابراین لزومی ندارد که تعریف یک ساختمان هوشمند را به موفقیت‌ها و اهداف بسیار ویژه وآرمانی ربط داد. چرا که تعریف این موفقیتها و اهداف از موقعیتی به موقعیت دیگر تغییر می‌کند و نزد افراد گوناگون، تعاریف گوناگون دارد. یک ساختمان هوشمند باید دارای عملکرد یکسانی باشد تا این توانایی را داشته باشد که نیازهای مختلف و گوناگون را پاسخ گوید.

دانشمندان لغت «ساختمان هوشمند» را اینگونه تعریف کرده‌اند: «بنایی که در آن از آخرین تکنولوژی‌ها استفاده شده باشد». با این تعریف مشخص است که آنها به بنایی هوشمند می‌گویند که دارای بروزترین سیستمهای ساختمانی باشد. اگر چه نوآوری و ابداع در ساختمانهای هوشمند بسیار مهم است اما این به آن معنی نیست که لزوماً تبادل اطلاعات و یکپارچگی سیستم‌های ساختمان موجب می‌شود که آنرا هوشمند بنامیم.

سمپوزیوم بین المللی معماری در سال 1985 در تورنتو تصریح کرد که: «یک ساختمان هوشمند آمیزه‌ای است از ابداعات (خواه این ابداعات تکنولوژیک باشد خواه خیر) به همراه مدیریتی بدون نقص که در این راستا و با داشتن این دو ویژگی سرمایه صرف شده تا حد زیادی باز گردد. این تعریف علاوه بر لزوم وجود ابداع و نوآوری و استفاده از تکنولوژی این موضوع را نیز یادآوری می‌کند که یکی از اهداف ساخت ساختمانهای هوشمند، اینست که ساختمانهایی ساخته شوند که هر چه بیشتر سرمایه‌ای را که در ساخت و ساز صرف شده است برگردانند. ممکن است اینگونه به نظر برسد که این اهداف تنها در ساخت ساختمانهای تجاری و اداری مدنظر قرار داده می‌شود اما در ساخت خانه‌های مسکونی به آنها توجه نمی‌شود. مگر اینکه این اهداف در راستای توجه به آسایش و راحتی مردم و توجه به استفاده بهینه و بهره‌برداری تمام و کمال از سرمایه، مورد توجه قرار گیرند. به علاوه اهداف دیگری که در ساخت بناهای تجاری و اداری مورد توجه است، در تعریف بالا ذکر نشده است. ارائه تعریف برای بناهای هوشمند بر مبنای ذکر اهداف ضروری در تعریف EIBG(گروه سازنده ساختمانهای هوشمند در اروپا)¹ به وضوح مشاهده می‌شود که می‌گوید: «یک بنای هوشمند، بنایی است که کارآیی و راندمان ساکنانش را افزایش داده و امکان مدیریت موثر را بر اساس مقتضیات خاص و با کمترین هزینه فراهم آورد». راندمان و سودمندی تا حدودی غیرقابل لمس و نامحسوس هستند. که تنها با نگاهی به عملکرد گذشته و مقایسه آن با عملکرد جدید، تا حدودی می توان به این دو مفهوم دست یافت. همچنین پایین آوردن هزینه‌ها (راندمان و سودمندی) از جمله اهدافی است که باید توسط سیستم‌های کنترل کننده مورد توجه قرار گیرد.

از سویی دیگر در سال 1996، باب، تعریفی برای ساختمانهای هوشمند ارائه کرد." ساختمانی که با بهره گرفتن از تکنولوژی مدرن این امکان را فراهم آورد تا بتوان اجزاء و تجهیزات مختلف را به طور خودکار کنترل کرد". این تعریف به خوبی نشانگر روند تبادل اطلاعات بین اجزاء کنترل کننده و اجزاء کنترل شونده، در ساختمانهای هوشمند است. روند فرماندهی ساختمان در تعریف DEGW ²در سال 1998 ذکر شده است. این تعریف بیان می‌کند که یک ساختمان هوشمند در برابر نیازهای کاربران خود بسیار پاسخگوتر است و توانایی هماهنگی یا تکنولوژی جدید را دارد و می‌تواند خود را با تغییرات سازمانی ساختمان، هماهنگ کنند. این تعریف یک مبحث بسیار مهم را درباره روند فرماندهی ساختمان دربرمی‌گیرد.

کلمه «پاسخگو» در این تعریف بیانگر معنای «خروجی سیستم» است. کلمه «در برابر نیازهای کاربران» معرف توانایی سیستم در شناخت و تشخیص «نیازها» به وسیله تحلیل ورودیهای کاربران است. کلمه «هماهنگی» نشانگر توانایی سیتسم برای هماهنگ شدن است. خواه این هماهنگی توسط خود سیستم انجام شود خواه به وسیله دیگران.

در سال 1988، معماری بنام «اتکین» تعریفی برای ساختمانهای هوشمند ارائه کرد. او گفت: یک ساختمان هوشمند ساختمانی است که از وقایعی که در درون و برون آن رخ می‌دهد مطلع است و می‌‌تواند در مواجهه با این وقایع و برای بوجود آوردن محیطی دلچسب برای کاربرانش، موثرترین و بهترین تصمیمات را در همان زمان بخصوص، اتخاذ کند. «اتکین» در تعریف خود علاوه بر توانایی کسب اطلاعات (input) و توانایی پاسخگویی (output) ، فاکتور زمان را نیز دخیل کرد.بر مبنای این تعریف همه تصمیمات سیستم در مواجهه با وقایع درون و برون ساختمان باید در زمان خاص خود اتخاذ شوند و اگر این تصمیم گیری ها در زمان دیگری انجام شوند، ارزشمند نخواهند بود. کلمه «مطلع است» در تعریف «اتکین» به معنای اطلاعات دریافت شده (input) و وسایل ارتباطی است که اطلاعات به وسیله آنها به سیستم کنترل وارد شده و جمع آوری می‌شود. کلمه «تصمیم می‌گیرد» در این تعریف بیانگرهمه انواع پاسخ‌هاست. مانند تصمیم سیستم برای تعادل دمای درون بنا، هماهنگ فرم ساختمان که همه اینها تحت عنوان «خروجی سیستم» (output) قرار می‌گیرند.

تحولی که در زمینه ارتباطات راه دور و همچنین علم الکترونیک رخ داد موجب گسترش تواناییهای ساختمانهای هوشمند شد. توانایی یادگیری در سیستم‌های یکپارچه که شامل اصطلاح «هماهنگی» است و در تعریف DEGWذکر شده است، موجب می‌شود که سیستم بتواند از تجربه‌های مشابه در موارد دیگر استفاده کند. تا با توجه به این تجربه‌ها و آموزه‌ها بهترین تصمیمات را اتخاذ کند. علاوه بر توانایی یادگیری سیستم، اطلاعاتی که بین بخش‌های مختلف رد و بدل می‌شود باید در (BCS) ³که همان بخش کنترل ساختمان است ، مورد تحلیل و پردازش قرار گیرند که در حقیقت بخش BCSبه منزله مغز ساختمان است.

با این اوصاف، ویژگی‌های اصلی که یک ساختمان در صورت دارا بودن به نام هوشمند خوانده می شود به قرار زیر هستند.

1ـ ورودی سیستم که وظیفه دریافت اطلاعات را به وسیله ابزارهای دریافت کننده برعهده دارد.( input)

2ـ پردازش و تحلیل داده های اطلاعاتی

3ـ خروجی سیستم که در مواجهه با اطلاعات دریافت شده توسط ورودی سیستم، پس از پردازش آنها، اقدامات لازم را اتخاذ می‌کند. ( output)

4ـ ملاحظات زمانی که موجب می‌شود تا تصمیمات اتخاذ شده در زمان مقرر رخ دهند.

5 ـ توانایی یادگیری.

بنابراین تعریف معماری هوشمند باید ویژگیهای بالا را دربربگیرد. در این مقاله به بحث پیرامون این ویژگیها می‌پردازیم تا سهم و نقش هر کدام را در ساختمانهای هوشمند روشن سازیم.
3. ورودیها (inputs)

هر بخشی در یک ساختمان هوشمند باید دارای تجهیزاتی باشد که توسط آنها اطلاعات دریافت شده و وارد سیستم کنترل شوند. سیستم می‌تواند اطلاعات موردنظر را از چهار روش مختلف بدست آورد.


3ـ1 حسگرها

زمانی که از معماری هوشمند سخن می‌ گوییم، نقطه شروع باید حسگرها باشند. حسگر ها ابزارهایی هستند که اطلاعات داخلی و خارجی ساختمان را جمع آوری می‌کنند. در فضای داخلی، حسگرها این امکان را برای سیستم‌ها فراهم می‌کنند تا درک درستی از شرایط درونی ساختمان داشته باشد. در فضای خارجی، آنها اطلاعات را از محیط بیرونی ساختمان، در زمانهای معین دریافت و جمع‌آوری می‌کنند.

حسگرها به 3 دسته تقسیم می‌شوند که حسگرهای درون بیرون بنا زیر مجموعه های این سه قسم هستند. حسگرهای پرتو خورشیدی، حسرگهای نظارتی و امنیتی، حسگرهای آلودگی صوتی، حسگرهای تغییر رنگ و نمای بصری از جمله حسگرهای بیرونی هستند. حسگرهای بخش‌هایی نظیر بخش انرژی، کنترل هوا، بخش نوردهی، تهویه مطبوع از انواع حسگرهای درون بنا هستند که به وسیله آنها اهداف گوناگونی محقق می‌شوند.

3 گروه یاد شده به قرار زیر هستند.

3ـ1ـ1 حسگرهای امنیتی و مراقبتی که در خدمت محیط درون و برون ساختمان هستند.

الف. حسگرهای آتش و دود

ب. دوربین‌های مدار بسته

ج. حسگرهایی ورود و خروج

د. حسگرهای لرزش و شتاب

هـ ـ حسگرهای حرکت

3ـ1ـ2 حسگرهای تشخیص کیفیت هوا

الف. حسگرهای دما

ب. حسگرهای رطوبت

پ. حسگرهای پرتوهای خورشیدی

ت. حسگرهای فشار هوا

ث . حسگرهای میزان نور

ج. حسگرهای جریان آب و گاز

د. حسگرهای تشخیص محتویات هوای درون بنا

هـ . حسگرهای تشخیص رطوبت هوا

ی. حسگرهای میزان مواد شیمیایی

3ـ1ـ3 حسگرهای نظارتی سیستم

الف. حسگرهای سیستم ساختمانی

ب. حسگرهای نظارت بر سیستم‌های مکانیکی

ج. دیگر حسگر ها که اجزای مختلف ساختمان را نظارت می کنند..

حسگرها به منزله عصبهای یک ساختمان هستند که می‌توانند شرایط خاص را حس کرده و تصمیم‌های موردنیاز در قبال شاریط درونی و برونی بنا را اتخاذ کنند.

3ـ2 بایگانی اطلاعات و رجوع مجدد

هر سیستم هوشمندی باید توانایی بایگانی اطلاعات و رجوع مجدد به آنها را داشته باشد. کلمه رجوع مجدد به این معناست که برای مثال سیستم باید بتواند سناریو مشخصی را در اتاق کنفرانس زمانبندی کند و اگر نیاز باشد که این اتاق به شبکه متصل شود و سیستم تهویه مطبوع خواستار دمای 75 درجه فارنهایت در زمان معینی باشد، سیستم باید بتواند به اطلاعات گذشته خود رجوع کرده و آنها را بازخوانی کند و شرایط موردنیاز را فراهم آورد. بایگانی اطلاعات نقش حافظه را در سیستم‌های هوشمند بر عهده دارد.

3ـ3 برنامه ریزی دستی

سیستم باید به گونه‌ای باشد که کاربران خودشان بتوانند آنرا برنامه ریزی کنند. یک کاربر (مدیر شبکه، کاربر مورد وثوق) باید بتواند در هر زمانی با توجه به شرایط و مقتضیات جدید، برنامه‌ای نو بر روی سیستم طرح کند.


3ـ4 اینترنت

اتصال بخش‌های مختلف سیستم به اینترنت این امکان را فراهم می‌آورد تا اجزاء مختلف به روز شوند و اطلاعاتی را که توسط شرکت مختلف کامپیوتری بر روی اینترنت قرار داده شده است، دریافت کنند. بیشتر سیستم‌های کامپویتری و کنترلی دارای فایلهای به روزرسانی هستند و شرکتهای فراهم کننده این فایلها را بر روی اینترنت قرار می‌دهند. بنابراین اگر سیستمی بخواهد به روز باشد وعملکرد بهتری داشته باشد، ناگزیر است با ارتباط با شرکتهای فراهم کننده فایلهای به روزرسانی از طریق اینترنت، سیستم‌های کنترلی‌اش را به روز نگه دارد.

لازم به ذکر است که همه اطلاعات جمع آوری شده از اینترنت به نرم افزار پردازش داده‌ها تحویل می‌شود.
4ـ نرم افزار پردازش و تحلیل اطلاعات
پردازش اطلاعات در قسمت کنترل ساختمان انجام می‌شود. (BCS) . BCSهمه سیستم‌ها را به صورت یک سیستم واحد کنترل می‌کند. وهمچنین این توانایی را نیز دارد که هر سیستم را به صورت مجزا کنترل کند. مرکز کنترل ساختمان‌ جایی است که در آن همه سیستم‌ها به صورت واحد در می‌آیند. لذا این محل به نام «یکپارچه کننده سیستم‌های ساختمان» نامیده می‌شود (BSI). برای اینکه بخش‌های گوناگون ساختمان یکپارچه شوند، آنها باید دارای آدرسهایی مشخص باشند تا دیگر اجزاء بتوانند بر مبنای آن آدرسها اجزاء دیگر را بشناسند.
5 ـ خروجی‌ها (output)
خروجی‌های BCSدستورهایی هستند که بر مبنای تصمیمات اتخاذ شده توسط سیستم صادر می‌شوند. این تصمیمات پاسخهای سیستم کنترل کننده را شکل می‌دهند و می‌توان دست کم آنها را به 2 دسته تقسیم کرد: پاسخهای داخلی و خارجی. پاسخها و دستورات داخلی و خارجی مربوط به سیستم کنترل کننده می‌شوند. پاسخهای داخلی نوعی از دستورات هستند که همه اقدامات اتخاذ شده در ارتباط با داخل ساختمان را در بر می‌گیرند. دستورات محاسبه شده و برنامه ریزی شده در درون سیستم از جمله این پاسخها هستند. مثال دیگر برای پاسخهای داخلی سیستم، توانایی یک سازه هوشمند در تغییر امتداد سازة خود است که به این وسیله می تواند در مقابل فشار باد مقاومت کند. پاسخهای خارجی پیامد پاسخهای داخلی هستند که بر مبنای پردازش اطلاعات داده شده شکل می‌گیرند.

یک پاسخ خارجی می‌تواند دو شکل داشته باشد: ایستا یا حرکتی. پاسخهای خارجی ایستا مانند تغییرات دما، تغییرات بصری تغییرات صوتی و یا تغییرات نور. از سوی دیگر پاسخهای حرکتی در قالب حرکت هستند. وقتی که سیستم تصمیم می‌گیرد یک در را باز یا بسته کند. این عمل از جمله پاسخهای حرکتی است که معماری پاسخگو برای کاربرانش فراهم می‌کند. در قسمت های بعدی در مورد معماری حرکتی و پاسخگو بیسشتر بحث خواهیم کرد.



5 ـ1 معماری پاسخگو

معماری پاسخگو نوعی از معماری است که دارای توانایی پاسخگویی به نیازهای کاربران است . لزومی ندارد که این نوع معماری حتماً از نوع هوشمند باشد. مگر اینکه پاسخ‌های موردنیاز، نیازمند نوعی پردازش هوشمندانه باشند. برای مثال یک دیوار خشتی در پاسخ به هوای گرم بیرون خانه، هوای سرد و خنک را در فضای داخلی فراهم می‌آورد. این کنش از جمله خصوصیات مصالح است و البته جدا از پردازش هوشمندانه نیست. چرا که دیوار خشتی درست بر مبنای اطلاعات داده شده از بیرون ساختمان و پردازش آن دست به کنش خنک کردن فضای درون ساختمان زده است. لذا این واکنش جزو معماری هوشمندانه به حساب می‌آید.

بعضی تعاریف در مورد پاسخگو نشان می‌دهند که این نوع معماری معرف نوع خاصی از پاسخگویی است که همانا پاسخگویی حرکتی نام دارد. «فاکس» در سال 2003 گفت: «درونمایه یک سیستم پاسخگو اینست که چگونه سازه‌های مکانیکی را در کنامعماری ر هم قرار دهیم تا بر یکدیگر کنش متقابل و هوشمندانه داشته باشند». اما چه اتفاقی می‌افتد اگر یک سیستم پاسخگو، پاسخهایش به صورت ایستا باشد؟ مانند آنچه در مورد تغییرات دما و رنگ رخ می‌دهد. «استرک» در سال 2003 معماری پاسخگو را اینگونه تعریف می‌کند. «نوعی از معماری که شامل اصلاحات و تغییراتی در فرم است تا به طور مداوم در برابر شرایط محیطی که آنرا احاطه کرده‌‌اند، عکس العمل نشان دهد». مادامیکه بپذیریم که تغییرات در ساختار تنها نوعی پاسخ است. در نتیجه اصطلاح معماری پاسخگو بر بمبنای تعریف بالا ویژگی هوشمندی را نادیده می‌انگارد تا نوعی خاص از پاسخهای حرکتی را معرفی کند. و این پاسخهای حرکتی باید تمامی کنشها را در معماری در بر بگیرند.

بنابراین معماری هوشمند و پاسخگو شامل همه اصول و مبادی معماری است که توانایی فراهم آوردن پاسخ هوشمندانه به همه نیازهای درونی و برونی کاربران را دارد.

نوع پاسخگویی که "فاکس" و "استرک" در تعریف خود از معماری پاسخگو، معرفی کرده‌اند (پاسخگویی حرکتی) معماری پاسخگو را یک درجه بالاتر می‌برد. در قسمتهای بعدی در این باره بیشتر بحث خواهیم کرد.




معماری هوشمند


5 ـ 2 معماری حرکتی

سرچشمه حرکت در معماری حرکتی به هنر برمی‌گردد. در آغاز قرن 19، هنرمندان تلاش کردند مجسمه‌هایی بسازند که دارای اعضای متحرک بودند. مجسمه «شادی بیروح» اثر دانیل روزین که در سال 1999 ساخته شد یکی از نمونه‌های مجسمه‌های حرکتی است که در آن از تکنولوژی الکترونیکی استفاده شده است. هم چنین هنرهای حرکتی در معماری به عنوان کارهای هنری در ساختمانها و گاهی هم در درون بناها به کار گرفته شده است.

در زندگی چادرنشینان نیز معماری حرکتی مشاهده می‌شود . چادرهای آنها سازه‌هایی متحرک هستند که قابلیت جمع شدن دارند و چادرنشینان می‌توانند آنها حمل کنند. سازه‌های حرکتی به عنوان سازه‌هایی تاشو و قابل حمل همچنان در معماری حرکتی قابل مشاهده هستند. "فاکس" در سال 2000 معماری حرکتی را این چنین تعریف کرد: «بنایی است با موقعیت متغیر و سیار و هندسه‌ای متغیر و حرکتی». او انواع سیستم‌های حرکتی را شرح داد که یکی از آنها سیستم تاشو بود. بنابراین مفهوم معماری حرکتی در اصل یک مفهوم هوشمندانه نیست اما نوعی توانایی را در ذهن متبادر می سازد که می‌تواند سازه‌ها را کنترل کند و اجزای مخلتف آن را حرکت دهد.

اکنون سعی می‌کنیم تا مفهوم حرکت را در مقابل هوشمندی به عنوان پاسخی که ساختار بنا را تغییر می‌دهد، معرفی کنیم. "کالاتراوا" نمونه‌ای ارائه کرد تا حرکت را در ساختمان به کار گیرد. با توجه به دستورالعمل کالاتراوا در سازه های حرکتی خود، می‌بینیم که او در کارهایش این امکان را به وجود می‌آورد تا ساختار سازه حرکت کند. برای مثال سقف موزه میلواکی این قابلیت را دارد که حرکت کرده و یا تغییر شکل دهد. (www.calatrava.com)

قدم بعدی را با توجه به تعریف "اوستر هویز" (2002) برمی‌داریم. که می‌گوید: ساختمانی دارای معماری حرکتی است که مجهز به حسگرهایی‌باشد که سیستم را تحریک کنند تا بتواند به اطلاعاتی که به شکل حرکتی دریافت می‌کند، پاسخ گوید.



5 ـ 2ـ1 مکانیزم کنترلی در معماری حرکتی

برای درک بهتر مکانیزم کنترل به شرح انواع گوناگون کنترل (دستی و سنتی) و چگونگی تبدیل آنها به انواع هوشمند، خواهیم پرداخت. سه نوع مکانیزم اصلی برای کنترل در معماری حرکتی وجود دارد. 1ـ مکانیزم درونی 2ـ مکانیزم برونی 3ـ مکانیزم مرکب.

در نوع اول، سیستم به بخش‌‌های کوچک تقسیم می‌شود که این تقسیم شدن این امکان را به سیستم می‌دهد که بخشهای مختلف را تغییر دهد. برای این نوع از کنترل می‌توان سیستم تاشو یا چین خورده را به عنوان مثال مطرح کرد. نوع دوم یعنی مکانیزم برونی، توانایی سیستم در حرکت کردن است. خواه این حرکت توسط خودش انجام شود خواه توسط نیرویی دیگر. برای این نوع از مکانیزم کنترل می‌توان دیوارهای حائل را مثال زد که می‌توان آنها را در جایی نصب کرد یا برداشت . و سر انجام مکانیزم مرکب، ترکیبی است از مکانیزم درونی و برونی تا این توانایی را به سیستم بدهد که بتواند ساختار خود را از برون تغییر دهد. و همچنین تمام سیستمهای خود را به صورت تمام و کمال حرکت دهد. مکانیزم کنترل درونی، برونی و مرکب. مکانیزم‌هایی هستند که به هر سازه‌ای امکان تغییر ساختار را می‌دهد. و البته می‌توان آنها را به صورت دستی نیز کنترل کرد. کنترل دستی می‌تواند هوشمند نیز باشد. انواع دیگر کنترل عبارتند از:

1ـ کنترل مستقیم

در این نوع از کنترل، حرکت و کنترل از یک منبع مستقیم است. این منبع مستقیم و بی واسطه شامل همه خروجی های انرژی نظیر موتورهای الکتریکی و نیروی انسانی می‌شود. حرکت بدون واسطه نورگیر سقفی و هم چنین حرکت دادن پارتیشن‌های متحرک از نمونه‌های این نوع کنترل است.

2ـ کنترل ورودی

در این نوع از کنترل، تجهیزات دریافت اطلاعات ، موردنیازاست. حرکت در این نوع از کنترل ، نتیجه بازخورد اطلاعاتی است که ورودیها دریافت می‌کنند. حسگرها و سیستم‌های برنامه ریزی شده، نمونه‌هایی از این تجهیزات هستند. برای مثال، حسگرها می‌توانند با اتخاذ تصمیمات مستقیمی که خود می‌گیرند در سیستم تغییراتی ایجاد کنند.

3ـ کنترل توسط ورودیهای متعدد

کنترل و حرکت در این قسم خاص توسط ورودیهای متعدد انجام می‌شود. حسگرهای متعدد نمونه‌هایی از این ورودیها هستند که اطلاعات را از منابع مختلف دریافت کرده، تا بهترین تصمیمات در رابطه با آنها اتخاذ شود.

4ـ کنترل توسط حسگرهای متعدد که همه جا را پوشش می‌دهند.

در این قسم از کنترل حسگرهای خودکار و تحریک کنندة بسیاری موردنیاز است . حرکت در این نوع از کنترل نتیجه ورودیهای تحلیل شده‌ای است که حسگرها با تحریک کردن سیستم از خود بروز می‌دهند تا پاسخی مناسب را صادر کرده باشند (output) در این قسم از کنترل کل نمای ساختمان می‌تواند متحرک باشد. و هم چنین نمای بنا می‌تواند به شکل منحنی باشد.

5 ـ کنترل هوشمند با ورودیهای متعدد

در این قسم از کنترل، سیستم توانایی یادگیری خود را در مکانیزم کنترل، به صورت یکپارچه در می‌آورد. در این نوع از کنترل سیستم از تجربه‌ها استفاده می‌کند تا به بهترین راه حل دست پیدا کند.

ملاحظات زمانی یک فاکتور بسیار ضروری است که باید در آغاز کار کنترل مستقیم، لحاظ شود. با توجه به تکنولوژی پیشرفته و کنترل کامپیوتری و توانایی ساخت اجزائ متحرک با کیفیت بالا، راه حل‌های معماری حرکتی و هوشمند ، عملی و تأثیرگذار خواهند بود.

5 ـ2ـ 2 حسگرها در معماری حرکتی

حرکت در این نوع از معماری می‌تواند به سادگی باز کردن یک در یا پنجره یا به پیچیدگی حرکت دادن یک سازه باشد. پاسخهای حرکتی یکی از تصمیمات عملی در میان پاسخهای BCSاست. برای مثال ممکن است سیستم به منظور تازه شدن هوای یک اتاق تصمیم به پالایش هوای اتاق و یا روشن کردن تهویه مطبوع بگیرد، اما سیستم باید این اختیار را نیز داشته باشد که بتواند در زمانهای مناسب برای دستیابی به هدف تازه شدن هوای اتاق ، پنجره‌ها را نیز بگشاید. ساختمانی منحنی شکل می‌توانند از حسگرها و تحریک کننده‌ها استفاده کند تا با ایجاد حرکت به کنشهای موردنظر دست پیدا کنند. سازه‌ هایپرسرفیس(hyper surface)، ساخته "داکوی" نمونه‌ای بسیار خوب برای معماری منحنی شکل حرکتی و هم چنین آن نوع از معماری است که از درون کنترل می‌شود. در این سازه دیوار فلزی تراش خورده با تاثیر از محیط اطراف تغییر شکل یافته و شکلش عوض می‌شود. این دیوار نسبت به حرکت، صدا و نور در زمانهای معین، واکنش نشان می دهد. همچنین یک بنا می‌تواند با استفاده از حسگرها از شرایط و مشکلات احتمالی موجود مطلع شود. نیاز به مقاومت بیشتر در برابر وزش باد با افزایش کشش درونی از طریق حسگرهای تحریک کننده، پاسخ داده می شود. برای نمونه، در حال حاضر، دانسته‌ها و مفروضات فیزیکی و شیمیایی دربارة بتون توسط حسگرها میکروالکترومکانیکی بدست می‌آید. این حسگرها در بتون جاسازی می شوند تا بتوانند مقدار Ph، رطوبت، دما و غلظت یونهای کلورید ، سدیم و پتاسیم را اندازه گیری کنند. بعضی از کمپانی‌های الکترونیکی نیز، مانند کمپانی زیمنس از این حسگرها برای کنترل سیستم هایشان بهره می‌گیرند.
6 ـ ملاحظات زمانی
به عنوان یکی از ویژگی‌های هوشمندی، زمان، یکی از مهمترین مسائل در سیستمهای هوشمند است. چرا که همه کنشها و تصمیمات باید در زمان مقرر و یا رأس زمان خاصی انجام شود. برای مثال، هشدار دهنده‌های آتش باید در زمان مقرر هشدار دهند و سیستم نگهداری از تاسیسات باید در زمان مقرر این مشکل را گزارش دهد تا بنا در موعد مقرر بچرخد تا از پرتو خورشید دور بماند. گاهی اوقات سیستم در تشخیص و پردازش اطلاعات داده شده دچار اشتباه می‌‌شود که این مسئله منجر به تأخیر در اقدامات سیستم می‌شود. برای نمونه، ممکن است که دود آتش در ابتدا برای سیستم به عنوان دود سیگار قلمداد شود. اما پس از آن و در مدت زمانی کوتاه سیستم قادر به تشخیص خواهد بود که دود متعلق به آتش است. در این مورد، سیستم باید این توانایی را داشته باشد تا حساسیت خود را اصلاح کند و روند پردازش خود را به گونه‌ای تغییر دهد که در نوبت بعد بتواند دود آتش را تشخیص دهد(قابلیت یادگیری و رجوع مجدد به حافظه). از این روند می‌توان به عنوان توانایی یادگیری نیز یاد کرد.
7 ـ ویژگی تجربه آموزی یا توانایی یادگیری
این ویژگی را اینگونه می‌توان تعریف کرد: دسته‌ای از قوانین که پیروی از آنها احتمال حل مشکلات را افزایش می‌دهد. به طور چکیده، این ویژگی نوعی توانایی است که با استفاده از آن سیستم از تجربه‌های پیشین درس می‌آموزد. تنظیم زمان تصمیم‌گیری نمونه‌ای از برنامه‌نویسی مجدد سیستم با توجه به تجربه‌های گذشته است. لذا تنظیم سیستم بر مبنای اطلاعات جدید داده شده صورت می گیرد. اطلاعات توسط حسگرها داده می‌شوند و یا توسط افراد. در یک اتاق کنفرانس ، سیستم می‌تواند افزایش تعداد افراد را دریابد، بنابراین دمای هوای اتاق را از 75 درجه فارنهایت به 65 درجه کاهش می‌دهد تا به گرمای حاصل از تجمع 20 نفر در یک اتاق فائق آید. اما پس از این عمل که به صورت خودکار انجام می شود. فردی که وظیفه میدیریت کنترل را بر عهده دارد تشخیص می دهد که باید دما از 65 تا 58 کاهش یابد و تغییرات را به صورت دستی در سیستم اعمال می کند. بنابراین در طول این روند سیستم می‌آموزد که محاسبه‌اش در تقلیل 10 درجه‌ای دمای هوا چندان دقیق نبوده است. لذا در نوبت بعد و با تجمع 30 نفر، سیستم سعی می‌کند با توجه به تجربه قبلی گرمای حاصل از هر نفر را محاسبه کند. این توانایی مسئله‌ای بسیار مهم در موقعیتهایی نظیر آتش سوزی و نگهداری تاسیسات است.
8 ـ نمونه‌هایی از معماری حرکتی
بررسی و بحث دربارة ساختمانهای موجود که با ایدة حرکتی هوشمند ساخته شده‌اند بسیار لذت بخش است.

8 ـ1 ساختمان دوار

نخستین نمونه ، ساختمان دوار نام دارد. این بنا از حرکت منحنی شکل به عنوان کنترل کننده بیرونی سود می‌جوید. این بنا می‌تواند با استفاده از یک موتور، هر شکلی را از نقطه نظر طرح و نقشه به خود بگیرد. همچنین این توانایی را دارد 360 درجه بچرخد. این بنا با سیستم کنترل مستقیم کار می کند به این صورت که چرخش این بنا با استفاده یک دکمه خاموش و روشن انجام می‌پذیرد. در واقع، همه دیوارها در این بنا می‌تواند از جای خود حرکت کنند تا ساختمان بتواند نماهای بصری متفاوتی را ارائه کند. این بنا می‌تواند 100 بار در یک راستا و 1000 بار در راستایی دیگر بچرخد در حالیکه همه تأسیسات آن به طور کامل نقش خود را ایفا می‌کنند.

آیا حسگرهایی نیز در این بنا وجود دارند؟

حسگرهایی در این ساختمان وجود دارند که صاحبش را از هر گونه تراوش و در هم آمیختن گاز ویا هر شیء سیال و روانی مطلع می کنند. هر وقت که صاحب خانه نیاز به نمایی بیرونی داشته باشد می‌تواند آنرا بدست آورد. هر مشکلی در این ساختمان با سیستم کنترل مستقیم حل می‌شود. درجه دقت و هوشمندی سیستم با کار گذاشتن حسگرها به منظور دریافت اطلاعات و کنش متقابل، افزایش می‌یابد. حسگرها می‌تواند محل اتاق خواب را تغییر دهند تا بدور از نور خورشید، گرما و یا روشنایی قرار گیرد. از سویی دیگر صداهای مزاحم نیز قابل رفع هستند و همچنین منظره اطراف در هر زمان و در هر نقطه از این خانه قابل رویت است. در چنین خانه‌ای نیاز است تا 7 بار در طول 24 ساعت سیستمهای کنترلی ، مکانیکی، لوله کشی و سیستمهای الکتریکی چک شوند. به علاوه دیگر سیستمها نیز باید آنقدر یکپارچه و هماهنگ باشند تا هر گونه نقص و کاستی را در زمان خودش گزارش دهند.

8 ـ2 گنبدی شکل‌های متحول شده

"پاتریک مارسیلی" در سال 1986 ایده گنبدی شکلهای دوار را مطرح کرد. و نخستین ساختمان گنبدی را به عنوان الگویی برای کسانی چون "آلبرت واتسون" بنا کرد.

این بنا را می‌توان با چوب ، بتون سبک و یا فولاد ساخت. این بنا 300 درجه می‌چرخد. موتوری به قدرت 1 اسب بخار (475 vatt) دیسک گردان را به حرکت درمی‌آورد. همه اجزاء مکانیکی که گنبد را می‌چرخانند در قسمت مرکزی ساختمان گردآوری شده اند. چرخش گنبد توسط کنترل مستقیم به وسیله سوییچ خاموش و روشن کنترل می‌شود. همچنین می‌توان به گونه ای سیستم را برنامه ریزی کرد تا از نور آفتاب اجتناب کند.

اینساختمان نمونه ای وفادار به معماری حرکتی است. این بنا می‌تواند به وسیله کنترل ورودیها جهت خود را تغییر دهد. این ساختمان با توجه به دلایل منطقی ، ساختار بسیار یکپارچه ای دارد. دلایل سازنده آن برای چرخش بنا اجتناب از پرتوهای خورشید و گرما ی هواست. نقص این بنا به دامنه چرخش آن برمیگردد. چرا که این بنا تنها توانایی چرخش 300 درجه ای را دارد. مکانیزم چرخش در سیستم برنامه ریزی شده است. به گونه‌ای که سیستم دارای تجهیزاتی است که حرکت خورشید را نظارت می‌کند و گرمای خورشید توسط این حسگر دریافت شده و موجب می شود تا ساختمان برای اجتناب از نور خورشید بچرخد. این حسگر می‌توان با توجه به حرکت خورشید تصمیم بگیرد که آیا ساختمان نیاز به چرخش دارد یا خیر.

8 ـ3 ساختمان تار

در خلال بحث درباره معماری حرکتی باید از تلاش"دیلر" و "اسکانیدو" یاد کنیم که سعی کردند ساختمانی بسازند که از مصالح گوناگونی در آن استفاده شده است. این ساختمان به نام «چادرتار» مشهور است. آنها این بنا را با استفاده از مصالح فلزی بر روی یک دریاچه ساختند که هزاران پیستوله یا قطرات بسیار ریز آب را به روی سازه بنا اسپری می‌کنند. این سازه قایق مانند حتی در زیر باران به وسیله تکنولوژی اسپری‌های پرفشار در توده‌ای از هوای مه مانند که دقیقه به دقیقه تغییر می‌کند، احاطه می‌شود.

آنها الگویی از استفاده آب را در معماری ارائه کردند که با توجه به نیازهای خود و کاربران ، اشکال گوناگون به خود می‌گیرد. آنها برای تنظیم میزان اسپری آب از کامپیوتر استفاده کرده اند. میزان و قدرت اسپری آب در شرایط اقلیمی متفاوت در زمینه دما، رطوبت و جهت و سرعت باد توسط کامپیوتر تغییر می‌کند.
نتیجه
بنابراین یک ساختمان هوشمند بنایی است که توانایی پاسخگویی (output) به نیازهای کاربرانش بر مبنای اطلاعات پردازش شده که توسط ورودی‌های متعدد فراهم آمده را دارد. فاکتور پاسخگویی در زمان معین در این ساختمان بسیار مهم و ضروری است. تجهیزات متعدد دریافت کننده و ارسال کننده ، اطلاعات را با توجه به نظارتی که بر تغییرات محیط درونی و برونی بنا دارند دریافت می‌کنند. همچنین فراموش نشود که یکی مولفه های اصلی یک بنای هوشمند دارا بودن توانایی یادگیری است. قبل از ساخت یک بنای هوشمند برنامه ریزی سیستم بسیار مهم است تا اهدافی را که می‌خواهید به آن بدهید خوب بشناسد. نیاز واقعی برای داشتن یک ساختمان هوشمند می‌تواند با دقت به نتایج آشکار شود و اینکه آنها این نیاز با ساختن این بنا رفع می‌شود یا خیر. برای مثال بهره‌وری یکی ضروریات شرکتهاست. محیط درونی یک دفتر کار تعیین کنندة فاکتورهای بسیار زیادی برای بهره‌وری یک کارمند است. به عنوان یک مثال ساده، من نمی‌توانم در دفتر کارم بیش از 3 ساعت به طور مداوم کار کنم. به این دلیل که دمای هوا در دفتر کارم پایین است. بنابراین هر گاه که احساس سرما می‌کنم مجبورم از دفتر خارج شده و به فضای باز بروم و در حدود 10 دقیقه از گرمای خورشید استفاده کنم و سپس به دفترم برگردم. مسئول تأسیسات تصمیم گرفت که تقریباً هر روز تکنسینی را فرا خواند تا اتاقها را چک کند و دما را افزایش دهد. تلف کردن وقت در هنگام کار به خاطر اشکال در تهویه مطبوع هوا باعث می‌شود که مییزان بهره‌وری کاهش یابد. که این مسئله به معنای حیف و میل منابع یک شرکت است.

اهدافی که با ساخت یک ساختمان هوشمند به دست می‌آید تقریباً تمام وجوه زندگی انسان را در برمی‌گیرد. بهره وری، راندمان بالا، ذخیره انرژی، سرگرمی، فرح و شادی، آسایش، پایین آوردن هزینه‌های زندگی و افزایش عمر بنا، همه و همه نمونه‌هایی از این نوع اهداف است که با ساخت بناهای هوشمند به دست می‌آیند.

یک ساختمان هوشمند باید دارای سیستمی از اعصاب باشد که شامل حسگرها و تحریک کننده‌های تعبیه شده است که اطلاعات را در زمان درست و صحیح خود کنترل می‌کند. با این اوصاف، بنا می‌تواند به صورت ایستا یا حرکتی عمل کند. بنابراین تغییر یا عدم تغییر در ساختار درونی یا برونی بنا نمونه‌هایی از توانایی یک بنای هوشمند است. سیستم اعصاب بنا وظیفه یکپارچه کردن همه سیستم ها را بر عهده دارد تا ساختمان هوشمند شکلی انعطاف پذیر داشته باشد تا بتواند در مواجهه با تغییرات محیطی که در آن واقع شده است ، کنش مناسبی داشته باشد . به عنوان یک انسان، کاربران بنا باید بتوانند بفهمند که بنا شاد است یا غمگین، ناخوش است یا سرحال. از سویی دیگر بنا نیز باید توانایی درک حال کاربرانش را داشته باشد تا بر طبق حال آنها عمل کند.

بر طبق تعاریف اصطلاحات گوناگون استفاده شده، واضح است که معماری پاسخگو در همه فضاهای بنا و همچنین در معماری بنا نقش موثری را بازی می کند. معماری و فضای ساختمان هر دو باید ویژگیهایی داشته باشند که پاسخگوی نیازهای کاربران باشند. معماری پاسخگو نباید به یک یا دو نوع از واکنشها محدود شود. بلکه باید تمامی کنشها از جمله کنشهای ایستا، حرکتی، درونی و برونی را شامل شود. به علاوه در معماری پاسخگو، نوعی معماری هوشمند نیز مورد نیاز است چرا که پاسخ نتیجه پردازش هوشمندانه است.

معماری حرکتی هوشمند نیست مگر آنکه حرکت نتیجه پردازش هوشمندانه باشد اگر نه چادر هم یک پناهگاه متحرک است که قابلیت تا شدن و حمل شدن را دارد. معماری هوشمند جدید باید همة انواع کنشها را که هر در ایفای نقش خود ، خوب عمل می کنند را دارا باشد.
منبع :
www.airchange.ir (http://www.airchange.ir)