Abstract - La domotica, come sinonimo di casa intelligente, realizza l’integrazione dei dispositivi elettronici e di comunicazione presenti nelle nostre abitazioni al fine di migliorare la qualità della nostra vita. Come branca dell’Internet of things la Smart Home offre nuove e suggestive opportunità. Innovazione, passione e competenza nelle applicazioni sulla domotica realizzate all’ITIS “Enrico Fermi” di Castrovillari.
Cos’è la domotica?
Integrazione è la parola più adeguata a descrivere la caratteristica di questa scienza che studia i modi di realizzazione di una connessione intelligente dei dispositivi elettronici, degli elettrodomestici, dei sistemi di comunicazione e controllo presenti nelle nostre abitazioni al fine di migliorare la qualità della vita.
Dalla scomposizione del termine domotica (dal fr. domotique, comp. del lat. domus «casa» e (informa)tique «informatica»), si evince che in essa concorrono discipline quali l’ingegneria, l’elettrotecnica, l’elettronica, le telecomunicazioni, l’architettura, il design.
Cosa si può fare con la domotica?
Con la domotica è possibile la gestione integrata degli impianti presenti in una casa: riscaldamento e comfort ambientale; illuminazione e apparecchi elettrici; sicurezza elettrica (security e safety); impianti audio-video; comunicazioni e trasferimento dati. Mediante un opportuno cablaggio dell’impianto elettrico, è possibile realizzare degli scenari domotici che consistono in un insieme di operazioni svolte sequenzialmente attuate con un solo comando. Oltre gli scenari personalizzati che soddisfino le proprie esigenze di comfort e creatività, quelli tipici sono:
- scenario risveglio: alzare le tapparelle, impostare la temperatura desiderata, scaldare l’acqua in bagno mentre la macchinetta del caffè è in funzione ed il cornetto si sta riscaldando nel microonde
- scenario relax: le tapparelle si abbassano, diminuisce l’intensità delle luci, la temperatura aumenta un po’ e si accende l’impianto stereo con la musica preferita
- scenario cena: si accendono le luci e si aumenta un po’ la temperatura in sala da pranzo e si spengono le luci in tutte le altre, si accende il forno con il programma desiderato, si imposta l’allarme di sicurezza nelle altre stanze.
- scenario notte: invece di fare il giro della casa per spegnere le luci, abbassare le tapparelle, spegnere i caloriferi, chiudere il portone di casa, inserire l’allarme, è possibile fare tutto questo con un solo comando.
Installazione di un sistema domotico
La figura del system builder o system integrator è quella di un esperto in scenari domotici in grado non solo di proporre prodotti specifici e soluzioni mirate ma anche di risolvere le eventuali problematiche legate alla complessità dell’impianto domotico. Le competenze richieste riguardano la localizzazione ed installazione del Quadro Tecnico di Distribuzione Domotico (QTDD), dei touch point e della consolle domotica, il cablaggio delle apparecchiature e la programmazione a livello di distribuzione delle linee di segnale e di comando. Il mezzo trasmissivo più comunemente usato per mettere in comunicazione i componenti di un impianto domotico è il sistema a bus, tipicamente un cavo in rame twistato (a doppino schermato). Nell’ambito di un bus i dispositivi (attuatori e sensori) vengono posti tutti in parallelo, ognuno dotato di un indirizzo univoco. La trasmissione delle informazioni avviene mediante telegrammi, gruppo di byte che viaggia nel bus organizzato con una sintassi ben precisa, ossia un protocollo.
L’informazione acquisita attraverso i sensori (termostato, rivelatore infrarossi, sensore luminosità, umidità) viene messa a disposizione di tutti gli impianti realizzando così un sistema integrato.
La differenza tra impianto tradizionale e impianto domotico viene evidenziata attraverso un semplice esempio. Per accendere una lampada da due punti e da tre punti ossia per passare da una deviata a un’invertita occorre una sostanziale modifica del cablaggio (figura1).
Ciò non avviene nell’impianto domotico dove l’aggiunta di un punto di comando richiede l’aggiunta del solo collegamento al bus (figura 2).
Casa Domotica e Smart Home
Le funzionalità integrate della casa domotica e le opportunità di comfort e benessere offerte sono legate alla necessità di un cablaggio fisico e di un passaggio di cavi in impianti esistenti o nuovi. Ciò aumenta le dimensioni del quadro, la quantità di tubazioni e la necessità di utilizzare un’adeguata morsetteria con una corretta nomenclatura dei cavi e delle utenze. Le fasi di realizzazione dovranno essere costantemente seguite da un elettricista sotto la guida si un system integrator.
Ecco perché ultimamente il termine Domotica sta cedendo sempre più il passo a quello anglosassone di Smart Home, riferendosi ad una branca dell’ Internet of Things caratterizzata dalla connessione in rete e dalla presenza di nuove e suggestive caratteristiche, come i comandi vocali.
La trasmissione senza fili presenta il vantaggio di una notevole rapidità di installazione. Essa può avvenire con diverse tecnologie:
- L’infrarosso che realizza una comunicazione di tipo direzionale che richiede cioè un contatto a vista tra i dispositivi (ricevitore emettitore) non essendo tale radiazione in grado di attraversare i muri.
- Il bluetooth che permette la comunicazione senza fili, a corto raggio e a basso consumo di apparecchi elettronici diversi fra loro.
- Il Wi-fi mediante il quale i dispositivi possono collegarsi a reti locali senza fili (WLAN). È necessario l’uso di access point in grado di ricevere segnali wireless e inoltrarli ai relativi dispositivi di rete (hub/switch o router).
Una smart home può essere realizzata in vari modi. Fra questi l’utilizzo di speciali relè multifunzione a tecnologia bluetooth crittografata a 128 bit che garantisce maggiore
sicurezza rispetto al Wi-fi. Tali relè vengono inseriti nell’impianto elettrico in modo da accendere e spegnere, regolare le luci e comandare le tapparelle, controllare i consumi elettrici della casa o di singoli elettrodomestici con uno smartphone. La presenza di un gateway consente, inoltre, il collegamento delle periferiche alla rete domestica (LAN) e a internet in modo da essere comandati anche da remoto. Questi speciali router sono quasi sempre compatibili con gli ormai diffusi assistenti Google e Amazon i cosiddetti smart speakers.
Recentemente l’uso in modalità Hub di economici e potenti dispositivi come il single board computer Raspberry Pi (abbreviazione di Python Interpreter), unitamente a software dedicati come Home Assistant, hanno dato il via ad un utilizzo “fai da te” della domotica sempre più diffuso ed economico. Le prestazioni molto efficaci di questa potente scheda elettronica, affacciatasi sul mercato nel 2012, richiedono, tuttavia, competenze adeguate da parte di una fascia non proprio estesa di appassionati del campo, specialmente per quanto riguarda l’installazione e la configurazione del software del sistema.
Sette anni prima di Raspberry, un microprocessore integrato, denominato Arduino, comprensivo di periferiche (entrate, uscite ed interfacce) che prendeva il nome da un bar frequentato dai suoi inventori, ha aperto orizzonti nuovi in ambienti scolastici ed universitari prestandosi ad una moltitudine di interessanti esercitazioni anche nel campo della robotica e della domotica. In quest’ultimo caso la versione standard di Arduino deve essere ampliata tramite interfacce aggiuntive dette shields per il controllo e il comando di carichi di potenza quali luci e motori.
Nell’Istituto “E. Fermi” di Castrovillari tale scheda ha ispirato la realizzazione di numerosi progetti che hanno visto impegnati nel corso degli anni gli studenti del Corso di Elettrotecnica ed Elettronica.
A lato è riportata l'immagine del prototipo di smart home realizzato dall’alunno Fulvio D’Atri e presentato durante la prova orale dell’esame di stato nell’anno scolastico 2018-2019. Il nostro alunno, già campione d’Italia e d’Europa nelle precedenti competizioni di Rescue Line di Robotica, non ha mancato di stupire con la sua bravura e competenza nell'installazione di impianti di illuminazione, allarme, temperatura, gas e fumi e infissi su un prototipo di legno di una casa domotica. Il progetto consiste nella realizzazione di un’architettura centralizzata che vede un Raspberry PI 3, funzionante da centralina, collegato con due Arduino Mega, in funzione di concentratori, che comunicano con trasduttori ed attuatori. La trasmissione avviene mediante il sistema di protocollo i2C bus. Il comando da remoto è stato realizzato programmando i “bot” (programmi utilizzabili come chat) dell'App di messaggistica Telegram e utilizzando la libreria Telepot.
Eleonora Converti - Docente di Sistemi Automatici e Animatore Digitale - ITIS E.Fermi Castrovillari (Cs)
