Znanstvena fantastika? Nemoguće u Hrvatskoj? Krivo, u oba slučaja.

Upravo na razvoju takvog sustava radi 15 studenata zagrebačkog Fakulteta elektrotehnike i računalstva, u sklopu projekta samoodržive montažne kuće Concept:Membrain, hrvatskog predstavnika za natjecanje Solar Decathlon, koje će iduće godine biti održano u Parizu. O tom smo projektu već pisali.

Uz studente diplomskog studija, koji čine većinu tima, tu su i diplomirani inženjeri, još donedavno studenti te profesori koji mentoriraju projekt. Zastupljeni su različiti smjerovi, poput automatike, elektroničkog i računalnog inženjerstva, programskog inženjerstva i računalnih znanosti.

U ovoj fazi projekta najveći im je izazov dizajniranje algoritama strojnog učenja. Potrebno je osmisliti algoritam koji - na temelju velikog broja mjerenja - shvaća, pamti, uči i razumije navike svojih stanovnika te prilagođava sam sebe kako bi pružio ukućanima što ugodniji život, uz što manju potrošnju energije.

Glavna ideja sustava automatizacije jest stanaru pružiti ugodnost stanovanja na nenametljiv način. Dio sustava je zadužen za upravljanje dizalicom topline, koja na energetski učinkovit način održava optimalnu temperaturu.

Na temelju matematičkog toplinskog modela kuće, vremenske prognoze, arhivskih podataka i očitanja velikog broja senzora, algoritam MPC (skraćenica za Model Predictive Control, naprednu metodu kontrole procesa - op.ur.) osigurava održanje temperature uz minimalan utrošak energije. Algoritam, kao i toplinski model kuće, u potpunosti su razvili hrvatski studenti. Trenutno je postupku implementacije.

Dvije vrste senzora

U svrhu automatizacije upravljanja dizalicom topline, razvijen je vlastiti PLC (programabilni logički kontroler). Izrađen je u industrijskoj kvaliteti te je zadužen za upravljanje grijanjem cijele kuće. S ostalim dijelovima sustava automatizacije tvori distribuirani upravljački sustav, povezan preko protokola TCP/IP.

Sustav koristi podatke koje prikuplja bežična senzorska mreža, postavljena unutar i izvan kuće. Sastoji od velikog broja malih, autonomnih čvorova koji mjere brojne parametre kao što su temperatura, vlažnost zraka, tlak zraka, osvjetljenje, prisutnost ljudi u prostoriji...

Odvojena žično povezana senzorska mreža koristi se za sigurnosne senzore, kojima je cilj spriječiti potencijalno opasnu situaciju ili zaštititi stanare od požara, opasnih plinova ili manje opasnih situacija, poput istjecanja vode.

Svi podaci sa senzorske mreže koriste se kako bi se kuća prilagođavala navikama njezinih stanara i vremenom postajala ugodnija za život i energetski efikasnija. Koriste se algoritmi strojnog učenja, koje studenti također samostalno razvijaju.

Mjerenja s bežične senzorske mreže dostupna su i stanarima, putem intuitivnog centralnog nadzornog i upravljačkog sustava (CNUS-a) ili preko aplikacije na pametnom telefonu.

U bilo kojem trenutku možete na 3D vizualizaciji kuće unutar aplikacije odabrati pojedini senzorski čvor te vizualizirati mjerenja s čvora te prikazati statistiku proizvedene i potrošenje električne energije. Ako želite, može automatski preuzeti kontrolu i prema potrebi upravljati bilo kojim parametrom unutar kuće.

Mjerenjem do štednje

Osvjetljenjem je moguće upravljati na temelju mjerenja sa senzorske mreže. Aktivno osvjetljenje se automatski korigira kako se mijenja osunčanost kuće te na taj način štedi energiju. Tako je, na primjer, moguće podesiti razinu osvjetljenja za dnevni boravak, radnu plohu ili kupaonicu na različite vrijednosti.

Razina svjetla bit će regulirana i i pomoću vertikalnih tkanina s bočne strane kuće, čiju će zakrivljenost biti moguće mijenjati i na taj način pustiti više sunca u stakleni vrt.

Na vrhu kuće nalazi se tzv. harmonika, na koju su montirani solarni paneli. Sklapanjem i rasklapanjem harmonike mijenja se nagib solarnih panela, čime se maksimizira proizvedena električna energija. Sustav automatizacije će autonomno podešavati kut nagiba harmonike u ovisnosti o kutu upada Sunca te naoblaci.

U planu je uklapanje mehanizma koji bi integrirao sve kućanske aparate u jedinstveni sustav automatizacije. Na taj način moguće je upravljati, primjerice, perilicom posuđa te će vam javljati kada je pranje završilo ili gasiti određene potrošače nakon što napustite kuću.

Također se planira i sustav kontrole pristupa pomoću prijenosa informacija ljudskim tijelom. Uspiju li, u montažnoj kući moći ćete otvoriti vrata čim dodirnete kvaku, bez ključeva.

Sami rade i hardver i softver

'Iako je ovaj pristup puno teži i s većom vjerojatnosti pogreške, vjerujem da ćemo samo na ovaj način izraditi uređaje koji su prilagođenim našim potrebama i za koje u konačnici možemo reći da smo sami napravili i da ih razumijemo u dubinu. Malo koji tim koji sudjeluje u natjecanju Solar Decathlon se može pohvaliti činjenicom da ovako nešto razvija sam.

Vjerujemo da će sustav svojom kvalitetom parirati ili čak nadmašiti komercijalna rješenja te da će neki od naših sustava postati komercijalni i prepoznatljiv hrvatski proizvod', kaže Hrvoje Nikola Vučemilo, jedan od studenata uključenih u projekt.

Za svaki uređaj potrebno je bilo dizajnirati i izraditi električne pločice te specificirati potrebne elektroničke komponete. Prilikom izrade svakog elektroničkog uređaja vodilo se računa o njegovoj pouzdanosti te o slijeđenju najboljih praksi prilikom dizajniranja elektroničkog sklopa.

Nadogradnju nekih dijelova, poput primjerice bežične senzorske mreže, bit će moguće obavljati automatski. Sustav će automatski prepoznati nove senzore i uključiti ih u sustav, a vama će ponuditi opcije za konfiguraciju, kako biste mu, recimo, dodijelili novo ime.

Sav softver također pišu sami, koristeći brojne programske jezike - embedded C, C++, Matlab, Javu, C#... Bilo je potrebno puno rada s operativnim sustavima, bazama podataka, web serverima, mrežnim protokolima...

Softver je zamišljen kao closed source, s time da je moguća i distribucija programa u open source varijanti. No, to još trebaju doraditi.