La mia casa multimediale


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Webcam live from Skynet!

Il progetto denominato "casa multimediale" consiste in un impianto elettrico casalingo nel quale tutte le funzioni tradizionali sono controllate da sensori e attuatori (genericamente definibili come periferiche) connessi tra loro in rete: il sistema è supervisionato da un personal computer Pentium, che si occupa inoltre dei comandi vocali, della sintesi del parlato e della connessione via modem.
Le funzioni attualmente disponibili sono le seguenti:

Skynet si è recentemente fatto un regalo: uno stupendo Panel-PC costruito dalla DMD computers!


Il personal computer si occupa di controllare l'intero sistema. Esso è dotato di capacità multimediali (scheda audio e CD-ROM/CD audio) e di modem, ed è collegato in rete (con un sistema a due fili + terra) con le unità periferiche. Queste sono costituite da schede (sviluppate internamente) con processore Z80, 32KB di ROM e 16KB di RAM, fornite di un bus di connessione che può supportare fino a 8 schede di ingresso/uscita: le schede di ingresso/uscita esistono in diverse versioni, dal pilotaggio digitale di carichi a bassa tensione o a 220Vca, al contatto a relè, all'I/O analogico. Ogni unità periferica ha un suo indirizzo che la distingue sulla rete ed ogni scheda di I/O ha a sua volta dei dip-switch di configurazione: al momento è stata utilizzata una scheda per ogni stanza, per un totale di punti di lettura pari a circa 40 ed una trentina in uscita. Le unità periferiche essendo dei computer a tutti gli effetti sono in grado di svolgere funzioni di elaborazione degli input autonomamente, ma questa funzione non è attualmente usata (eccetto il pilotaggio del display LCD).
Il software del PC è scritto in C++ per Windows (3.1/95/98/NT/2000): l'interfaccia con l'utente attualmente non è molto sofisticata in quanto le funzioni vengono controllate per lo più dall'impianto stesso. Oltre al quadro sinottico in grafica, sono disponibili comandi a menu per pilotare le luci e le altre funzioni dell'impianto.
Il software è stato strutturato in maniera modulare, così da poter sostituire le unità periferiche con altre cambiando semplicemente i driver che le interfacciano.

Funzioni future.
riconoscimento del parlato per l'attivazione di tutte le funzioni;
sostituzione della rete attuale con una in fibra ottica, al fine di poter diffondere sullo stesso supporto, in tutta la casa, l'audio, il video (anche videocitofono) e i dati di pulsanti e prese;
pilotaggio remoto del sistema tramite internet, con piantina in VRML (tridimensionale, navigabile con il mouse);
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Esperimenti di domotica

LA CASA DEL FUTURO PRENDE FORMA. QUALE?

Solo dopo aver installato i lampadari a comando vocale, ci si rende conto di quanto sia più rapido premere un interruttore… E non solo!


Be', era uno dei miei sogni di bambino poter controllare ogni luce, ogni apparecchio di casa con un computer…
Sì, all'epoca i computer esistevano soltanto nei film di fantascienza, ma comunque l'idea era quella: vorrei che le luci si accendessero automaticamente al calare del sole, che il campanello di casa suonasse un brano musicale anziché il solito din-don, che le porte si aprissero automaticamente quando passo…
Dopo aver tentato per anni di far impazzire la mamma disseminando nella mia stanza circuitini di questo tipo, giunsi finalmente a comprare una casa mia: era l'occasione giusta.
Nel frattempo i computer erano arrivati, ed erano anche potenti. Ma non è uno spreco usare un Pentium multimediale per accendere delle luci? La precisione del nanosecondo per tenere sotto controllo eventi che si verificano un centinaio di volte al giorno? Come vedremo, ci si sta giusti, e per certi aspetti ci vorrebbe ancora più potenza.
Appena avute le chiavi, prima di iniziare qualunque ristrutturazione, ci siamo guardati in faccia e abbiamo detto: "OK, prima era così. Dopo, non sarà più la stessa cosa". Tra me e me speravo che almeno i muri sarebbero rimasti in piedi,
almeno fino alla scadenza del mutuo. E così abbiamo cominciato a fare il progetto e rapidamente siamo passati alla realizzazione.
Innanzitutto le luci: ci si aspetta che quando si entra in casa le luci si accendano da sole, quindi ci vuole un sensore in ogni stanza, e una fotocellula per far capire al computer quando è giorno oppure notte. Poi, si suppone che anche un qualsiasi apparecchio o elettrodomestico collegato ad una presa qualunque debba essere sotto il controllo del sistema: e, siccome fidarsi è bene ma… non si sa mai, montiamo comunque i pulsanti a parete per avere un controllo manuale.
Poi si potrebbero pilotare le tapparelle elettriche, per farle aprire automaticamente al mattino: ero un po' indeciso, su questo che si può considerare un lusso anche se non è controllato da un computer, ma poi si è deciso che era giusto prevederle.
E poi ci vuole la musica: io ascolto musica da mattina a sera e quindi voglio avere un altoparlante in ogni stanza (beh, non sono molte, solo 5 in tutto più lo sgabuzzino…) In quel momento mi sovvenne la grande idea che dalle stesse casse avrebbero potuto essere generati i suoni più svariati, gli allarmi dell'antifurto, la sintesi vocale…
Già: poi ci vuole un antifurto. E' chiaro che un Pentium può fare da antifurto meglio di qualunque centralina esistente sulla faccia della Terra: basta mettere i sensori opportuni.
E già che ci siamo, un bel modem con funzioni vocali: visto che il computer sta sempre acceso, può farmi da segreteria telefonica, da fax e lo posso usare anche per Internet.
A questo punto, l'elettricista è un po' preoccupato. La quantità di fili da passare è davvero notevole: per questa prima realizzazione, infatti, non abbiamo usato nessun tipo di congegno via radio. E' più sicuro.
Comunque, in capo a un mese il sistema è pronto e operativo.
Il computer è installato in una camera e da esso si dipartono i collegamenti con le unità periferiche (una per stanza) che si occupano di pilotare gli apparecchi a corrente di rete; ad esso fa anche capo il modem.
Tutte le prese (tranne una, diretta, per ogni stanza: può sempre esserci un'emergenza!) sono controllate dal sistema e così tutte le luci, comprese le abat-jour, la specchiera del bagno (!) e la parte elettrica della cucina (forno, girarrosto). Tutti i pulsanti a parete, compresi il citofono ed il campanello vanno ad attivare gli ingressi del sistema. Naturalmente c'è un sensore a infrarossi in ogni stanza; al momento manca ancora il sensore nella cassetta delle lettere, ma presto ci sarà.
Sono state realizzate diverse versioni del software e diverse configurazioni (v. box)…
Ed il risultato più notevole di questi mesi è stato che… funziona!
Voglio dire: non solo funziona da un punto di vista elettronico-meccanico-informatico. E' davvero funzionale.
Entro in casa, disattivo l'antifurto e apro la porta (con la chiave: per adesso non ho ancora sostituito la vecchia serratura con una elettrica). E si accende la luce dell'ingresso (se è buio), il computer mi saluta con un metallico "ciao, dario", la radio o il CD si accendono automaticamente e si impostano ad un volume adatto all'ora (più forte di giorno, più basso alla sera)… poi vengo avvisato se ho dei messaggi in segreteria. Quando mi sposto, la luce mi segue…
Carino!
Ma, come dicevo all'inizio, ci sono alcune cose che è meglio fare nella maniera solita. Per accendere il fornetto elettrico, avevo inizialmente previsto il riconoscimento di poche parole (i microfoni nelle stanze li ho messi proprio in previsione di questo): ma quando mi sono reso conto che ci mettevo di più ad accendere il forno che a scaldare il cibo, ho accantonato l'idea. Il fallimento è stato in parte dovuto alla qualità del riconoscimento vocale e alla distanza dai microfoni, ma anche quando tutto andava alla perfezione c'era indubbiamente una perdita di tempo.
Un conto è accendere automaticamente la luce quando entro, il che mi fa risparmiare di schiacciare un pulsante, ma sostituire la pressione di un pulsante con uno sproloquio davanti a un oggetto inanimato è un passo indietro, non avanti. L'idea che mi sono fatto è che, per la casa multimediale, dovremo passare direttamente all'interfaccia telepatica!
E quindi, per controllare tutte le funzioni della casa abbiamo utilizzato un telecomando a quattro pulsanti che va ad attivare un menu vocale: si richiama il computer (che, correttamente, risponde "computer pronto": un tributo a Star Trek!) e poi si sceglie il gruppo ed il sottogruppo della funzione che ci interessa. La parte che secondo me fa più "fantascienza" è quella relativa al monitoraggio dei parametri ambientali: attivata questa funzione, ogni otto secondi il computer "dice" quanta corrente stiamo consumando e/o la temperatura interna ed esterna. Inoltre, se si superano i 2,5KW, viene segnalato il sovraccarico ed automaticamente vengono sconnessi gli elettrodomestici a priorità inferiore. Lo stesso telecomando, quando si esce di casa, cambia funzione e mi permette tra l'altro di aprire il portone di ingresso (utile se si hanno le mani occupate).
Sul comodino, in camera da letto, ho installato un display a cristalli liquidi sul quale viene visualizzata la data e l'ora, con possibilità di regolare la sveglia: ma, su richiesta, il menu di cui sopra può essere visualizzato anche su quel display e si possono leggere, anziché ascoltare, i parametri di cui parlavamo prima.
Parecchia cura è stata poi dedicata all'antifurto. In pratica, attivando l'antifurto (con il telecomando o con una chiave elettronica) non si fa altro che cambiare programma: le luci si spengono e il computer si mette in attesa. Se viene rilevata un'intrusione, abbiamo diverse possibilità: attivare una sirena, far lampeggiare le luci di tutta la casa, chiamare uno o più numeri di telefono. Se poi si utilizza la sintesi vocale, ci si può sbizzarrire: tentare una terapia psicologica convincendo il ladro delle sue malefatte… oppure portare il volume al massimo e chiedere aiuto ai vicini… inutile dire che questa parte non è mai stata testata sul campo! Ovviamente il tutto è protetto da un gruppo di continuità!
Ah, e infine c'è anche il cucù, che suona ad ogni ora…
Indubbiamente, si possono fare ancora molte altre cose (v. box). Però è stata una grossa soddisfazione: e, una volta che hai creato le basi mettendo tutto sotto il controllo del computer, puoi realizzare qualsiasi tipo di automatismo. Puoi decidere da qualunque punto della casa vuoi poter attivare qualunque altra cosa oppure che vuoi che sia il computer ad attivarla quando si verificano certe condizioni. E poi, volete mettere: avevamo la possibilità di personalizzare i suoni di Windows. Adesso possiamo personalizzare il suono del citofono, del campanello, del telefono e perfino dell'antifurto!

BOX 1: sguardo tecnico.

I primi prototipi facevano uso di software in MS-DOS e "giravano" su computer piccoli (386).
Le prospettive aperte dal multimediale e dalle comunicazioni ci spinsero poi ad usare Windows 95 e computer più potenti: nel nostro caso abbiamo un Pentium 120 con 16MB di memoria e hard disk da 1,2GB. Il software è realizzato in C++ con estensioni in linguaggio macchina: è molto modulare in quanto è possibile definire a diversi livelli le periferiche con cui è interfacciato.
Nella realizzazione attuale abbiamo utilizzato delle schede basate sul processore Z80, collegabili in rete e dotate di interfaccia di potenza verso gli utilizzatori. A seconda delle esigenze abbiamo anche collegato un'interfaccia parallela per controllare un display LCD e un convertitore analogico/digitale per misurare temperatura, corrente ecc.
Attraverso la scheda audio del computer abbiamo la possibilità di ascoltare i suoni e la sintesi vocale: inoltre essa viene utilizzata come mixer comandabile da programma per dosare i livelli audio (abbassare per es. il volume della musica quando il computer parla). Le sue uscite sono collegate ad un amplificatore di potenza per il pilotaggio di diversi altoparlanti e ai suoi ingressi vengono collegati anche i microfoni siti nelle stanze, pre-miscelati.
Il modem è un modello standard da 33,6Kbps, con funzioni vocali: tutte le sue capacità vengono sfruttate facendo uso delle funzioni delle TAPI di Windows.

BOX 2: future espansioni.

Ormai, dopo alcuni mesi, abbiamo capito quali sono le cose più utili e quelle meno utili. Ci stiamo quindi domandando che cosa andrebbe cambiato in future realizzazioni.
Innanzitutto, il cablaggio: se si rifà l'impianto da capo, non ci sono problemi a passare qualche filo in più, ma i guai nascono nel caso di un impianto già esistente da "automatizzare". Bisognerà passare alle onde radio o ad un sistema di "prese intelligenti" che riescano a colloquiare con l'unità centrale senza ulteriori collegamenti.
Sarebbe poi utile portare in tutte le camere, oltre al segnale audio, anche quello video: sia per le televisione, sia per le notizie e le informazioni. Visto che questo comporterebbe il passaggio di un ulteriore cavo, stiamo pensando se, in alternativa a tutti i fili già messi in conto finora, non sarebbe meglio passare un'unica fibra ottica sulla quale, in forma digitale, passano tutti i dati audio, video e dei sensori e delle prese.
E poi, Internet: per ora abbiamo la possibilità di controllare l'intera casa con un modem oppure con un telefono a toni ed un menu vocale. Un passo avanti sarebbe poter "navigare" in una rappresentazione virtuale 3D della casa: detto così, sembra di nuovo uno di quei sfizi tecnologici di cui abbiamo già parlato, però, per un discorso di costi e di standardizzazione la strada andrà comunque sperimentata. Infine, naturalmente, attivare il riconoscimento vocale: l'applicazione più pratica che ci viene in mente ora è dire al computer di chiamare un certo numero telefonico, o di aprire un file per memorizzare un appunto che ci viene in mente mentre giriamo per casa.

BOX 3: applicazioni.

Quello che abbiamo descritto pone le basi per diverse applicazioni.
Si può pensare, banalmente, di utilizzare il tutto come un sofisticato gadget per chi è maniaco delle novità tecnologiche.
Oppure si può trarre vantaggio dall'automazione: ad esempio per accendere il riscaldamento di una casa di montagna con il cellulare o per realizzare un sofisticato sistema di sorveglianza. E' vero che molte cose sono già possibili con altri sistemi, ma i vantaggi di avere un sistema unificato che supervisiona "tutto" sono tantissimi. Inoltre, personalizzare un sistema sotto Windows è sicuramente più semplice che non dover imparare il funzionamento di decine di piccoli computer.
Un'applicazione piuttosto importante sarebbe nei confronti dei portatori di handicap: sintesi vocale per i non vedenti, riconoscimento del parlato o funzioni centralizzate per chi ha difficoltà a muoversi. Anche la semplice chiamata di soccorso verrebbe gestita dal personal computer.

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