Un archetipo per i sistemi di domotica

Introduzione

I sistemi di domotica, in pochi anni, sono stati capaci di conquistare le nostre case e di facilitarci nello svolgimento delle faccende domestiche con un tap sul nostro cellulare o tramite un comando dato all’assistente vocale comodamente dal divano.
Sembrerà ormai scontato, ma i livelli di maturità raggiunti e la penetrazione nel nostro quotidiano ci offrono soluzioni alla portata di tutti, sia per prezzo che per semplicità di realizzazione e utilizzo, rispetto anche solo a pochi anni fa.
Per poter parlare la stessa lingua nei prossimi articoli, ho pensato fosse necessario definire un archetipo di sistema di domotica, andando a citarne i vari elementi e spiegarne il relativo funzionamento.
Questo ci consentirà, infatti, di capire come andare a rendere sicuro il nostro sistema domotico, sia esso più o meno custom.

Un archetipo di sistema di domotica

I sistemi di domotica consentono di svolgere diverse funzioni tese a migliorare la vita di tutti i giorni nella propria abitazione:

• il controllo totale della casa viene garantito in qualunque occasione o necessità secondo le esigenze degli occupanti;
• consente di controllare le condizioni ambientali dei locali e assicurare il miglior comfort ricercato;
• integrando tutti i componenti del sistema è possibile vigilare sulla sicurezza da eventi dannosi e proteggere i beni e le persone da possibili intrusioni esterne, andando così a garantire sia la safety che la security;
• una migliore efficienza energetica raggiungibile integrando quanto rilevato da diversi sensori;
• la comunicazione con altri sistemi e tramite internet rende possibile supervisionare l’impianto domotico anche quando si è fuori casa.

Nel nostro quotidiano siamo abituati a interagire con sistemi più o meno complessi. Quelli più elementari sono composti da un interruttore e da un attuatore.

Ma un appartamento tipo presenta ormai diversi elementi: tra questi possiamo annoverare attuatori (ad es. un punto luce, un condizionatore, un motore elettrico per le tapparelle), sensori (di temperatura, di luminosità), interruttori e pulsanti.
Per semplificare la nostra quotidianità possiamo far sì che tutti questi elementi non siano più autonomi, ma interconnessi tramite un’interfaccia utente intelligente (che presenta al proprio interno una logica di elaborazione) in grado di far comunicare i vari elementi che compongono il sistema.

La logica di elaborazione e l’interfaccia utente costituiscono il valore aggiunto rispetto a un sistema tradizionale in quanto consentono di implementare funzionalità a seconda dei componenti presenti nell’abitazione e possono essere integrate le funzioni analizzate precedentemente, ovvero controllo, comfort, sicurezza, risparmio energetico e comunicazione.
Risulta dunque imprescindibile la necessità di far comunicare i vari elementi del sistema di domotica attraverso un supporto di comunicazione. Come vedremo nei seguenti capitoli, la comunicazione può avvenire tramite un supporto fisico o attraverso lo scambio di onde elettromagnetiche.

Infine, connettendo il sistema ad un gateway diventa possibile farlo comunicare con altri sistemi, anche tramite internet, e risulta dunque implementabile la funzionalità di controllo da remoto (accendi il condizionatore prima del mio rientro a casa, oggi ci sono 35°) o di invio notifiche (il forno è caldo, la lavabiancheria ha terminato il ciclo di lavaggio che avevamo impostato).

La logica di elaborazione

Il compito della logica di elaborazione è quello di fornire agli attuatori il comando di funzionamento sulla base di:

• eventi esterni rilevati dai sensori
• condizioni
• tempistiche.

Dovrà quindi garantire l’integrazione dei componenti del sistema e, al contempo, fornire la possibilità di espansione a seconda delle necessità o possibilità che dovessimo scoprire.
Nei sistemi moderni la logica di elaborazione è generalmente parte integrante dell’interfaccia utente, ma può anche essere un elemento a sé stante, pensiamo a un sistema basato su un server che gestisce i dispositivi e presenta una interfaccia web/app. Talvolta può essere necessario controllare sistemi aderenti a un altro standard non supportato nativamente dalla logica di elaborazione. In tal caso viene utilizzato un hub, un dispositivo che opera come punto di interconnessione tra sistemi differenti e che è in grado di far interfacciare sistemi aderenti a standard diversi.

Come riportato all’inizio del paragrafo, la logica di elaborazione consente di rilevare gli eventi (tramite sensori e interruttori o secondo una pianificazione specifica) e, sulla base di regole presenti in uno scenario prestabilito, attiva uno o più attuatori. Inoltre, se necessario, può essere inviata una notifica o venir fornito un feedback tramite l’interfaccia utente vera e propria.
Le caratteristiche che differenziano maggiormente i prodotti disponibili sul mercato sono ormai limitate alla capacità di interfacciarsi con sistemi esterni, tramite gateway o altri gestori, e di gestire i dispositivi di diversa tipologia direttamente connessi. Si pensi, per esempio, a un grande elettrodomestico: difficilmente sarà connesso all’impianto domotico direttamente via Wi-Fi o tramite un cavo ethernet, ma sarà possibile passando dal suo gateway – generalmente tramite internet – grazie a cui potremo controllarlo o ricevere notifiche riguardo al suo funzionamento.
La presenza della logica di elaborazione fa sì che non sia strettamente necessario l’intervento umano per compiere delle operazioni; infatti, queste possono essere svolte seguendo delle specifiche istruzioni o adattarsi a condizioni determinate negli scenari.
Ah, per scenario si intende l’insieme delle regole che il sistema deve applicare per reagire a degli eventi esterni o temporali.

Ad esempio, per garantire un maggior comfort e contestualmente incrementare l’efficienza energetica dell’impianto di condizionamento, si può impostare la temperatura desiderata per ciascuna stanza; ciò che differenzia quanto ottenibile con un normale cronotermostato è la possibilità di attivare l’impianto di condizionamento solo se viene rilevata la presenza di persone dentro casa o di consentirne l’avvio prima del proprio rientro mediante l’integrazione con il proprio cellulare così da poter inviare manualmente il comando di accensione o automaticamente sulla base della propria posizione o degli impegni inseriti nella nostra agenda.

Interfaccia utente

Questo elemento del sistema è caratterizzato dalla semplicità d’uso; infatti, è generalmente composto da un display - talvolta integrato da microfono - e può ospitare al proprio interno anche la logica di elaborazione dell’impianto domotico.
Nella realtà quotidiana siamo abituati alla facilità con cui diamo comandi agli assistenti vocali, tra i più famosi Amazon Alexa e Google Home Assistant, anche dimenticando che possiamo estenderne ulteriormente le funzioni collegandoli a un sistema di domotica.
Tuttavia, senza scendere nel dettaglio delle diverse offerte commerciali, che non saranno trattate in questo articolo, si può generalizzare che a oggi sono disponibili interfacce facilmente accessibili tanto per prezzo che per facilità di utilizzo.
Il valore aggiunto rispetto a un sistema dotato solo di pulsanti o tastiera a muro è dato dalla possibilità di integrare sistemi diversi sotto il controllo di un’unica interfaccia di facile utilizzo.

Sensori

I sensori rivestono un ruolo fondamentale nei sistemi di domotica.
Il loro compito è quello di [momento Super Quark] rilevare le grandezze fisiche – temperatura, luce, ecc. – e trasformarle in segnali elettrici comprensibili dalla logica di controllo.
A livello tecnico, la definizione corretta di sensore si riferisce a un dispositivo in grado di rilevare le variazioni di una grandezza fisica e di fornire in uscita un’altra grandezza fisica.
Per poter fornire in ingresso alla logica di elaborazione le informazioni in un formato comprensibile è necessario trasformare il dato misurato in un segnale elettrico tramite un trasduttore, che è un “dispositivo in grado di rilevare una grandezza fisica e trasformarla in una di natura elettrica, generalmente una tensione o una corrente legata alla prima da una ben determinata relazione e direttamente manipolabile dal controllo del processo”.

È dunque evidente che la denominazione corretta sarebbe quella di trasduttore, ma, poiché nel gergo comune viene utilizzata quella di sensore, anche nella trattazione di questo elaborato verrà mantenuta tale nomenclatura.
Qualunque grandezza fisica misurabile può essere convertita in un segnale elettrico utilizzabile dal sistema domotico, i cui sensori comunemente disponibili sul mercato sono di diversa tipologia e talvolta risulta possibile combinare diverse rilevazioni con un unico elemento. [Fine momento Super Quark]

A titolo descrittivo se ne riportano alcune tipologie tra le più comuni:

• temperatura: sensore spesso utilizzato per il controllo del comfort dell’abitazione e per migliorare l’efficienza energetica dell’abitazione, questa grandezza viene generalmente misurata tramite un termoresistore o una termocoppia;
• luminosità: generalmente misurata tramite un fotoresistore, questo sensore può essere abbinato a un temporizzatore per comandare l’accensione dei dispositivi di illuminazione;
• velocità del vento: utile, ad esempio, per il controllo delle tende solari, può essere rilevata grazie a un anemometro;
• presenza e movimento: la maggiore utilità è sicuramente in campo di sicurezza, ma il loro monitoraggio permette anche l’automazione degli scenari e il miglioramento dell’efficienza energetica attivando dispositivi di illuminazione o impianti di condizionamento solo quando viene rilevata la presenza di persone in una stanza. Generalmente vengono misurate grazie a sensori infrarossi;
• fumo e gas: simili nel funzionamento, garantiscono la sicurezza dell’abitazione soprattutto se utilizzati in combinazione con una sirena, un’elettrovalvola per l’interruzione del gas o un interruttore per interrompere l’erogazione di energia elettrica;
• di potenza: utili per monitorare l’efficienza energetica, questi sensori possono essere posizionati a monte dell’impianto elettrico per il monitoraggio dei consumi dell’intera abitazione, su singoli segmenti dello stesso o addirittura sui singoli elettrodomestici.

La modalità di connessione dei sensori può variare in funzione della tipologia di supporto di comunicazione. Questo aspetto, che verrà analizzato più nel dettaglio in seguito, influenza sensibilmente la modalità di alimentazione dei sensori. Infatti, se nei sistemi cablati si è soliti usare un supporto fisico anche per l’alimentazione, in quelli senza fili ciò non è sempre possibile e dovranno essere alimentati a batteria, il che introdurrà un ulteriore valore da monitorare tramite la logica di controllo.

Supporto di comunicazione

Il supporto di comunicazione è il mezzo fisico tramite cui vengono scambiate le informazioni tra i componenti del sistema.
Prossimamente approfondiremo le due macro-famiglie in cui viene diviso il supporto di comunicazione, che può essere un supporto fisico (cavo, fibra ottica, ma anche le onde convogliate sul medesimo conduttore dell’alimentazione elettrica) oppure l'etere (con scambio di onde elettromagnetiche).