Speciale Smart Home

Smart home, l’intelligenza è di casa

Per Smart Home si intende un concetto intelligente di casa nel quale l'utente può lavorare su sensori e dispositivi per fare in modo che l'abitazione risponda in modo smart agli stimoli. Regolazione delle lampadine, monitoraggio della temperatura, controllo del monossido nell'aria, videosorveglianza, gestione degli elettrodomestici e molto altro ancora: grazie alla domotica è possibile dar vita ad un'ampio spettro di azioni e reazioni che rendono la casa maggiormente aderente alle necessità dell'utente.

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Smart home, ossia “casa intelligente“. Un appellativo che è in auge ormai da tempo, spesso utilizzato a sproposito per qualsivoglia tecnologia pensata per la casa, a prescindere da una sua reale attinenza con una qualsivoglia forma di intelligenza. Il lato tecnico dell’etichetta “smart home” è spesso è stato racchiuso nella parola “domotica“, altra frontiera da tempo nel mirino, ma sempre troppo lontana per essere afferrata dal mercato di massa.

Certo, la domanda iniziale obbligata, ossia “qual è l’obiettivo?”, è impegnativa e già può indirizzare lo sguardo su alcune scelte piuttosto che su altre. Vogliamo controllare il riscaldamento? Il raffrescamento? Le luci? La sicurezza? I consumi? Per ognuna di queste voci esistono sistemi più o meno chiusi e flessibili, spesso con un funzionamento ineccepibile, ma non di rado si finisce per cadere in una situazione un po’ troppo dispersiva, un po’ come avere dieci telecomandi diversi in soggiorno. Ma se volessimo riunire tutte queste funzionalità all’interno di un unico sistema? Si, è possibile, basta scegliere gli elementi giusti.

Il primo passo è ovviamente legato alla necessità di scegliere con accortezza il cuore del sistema (il gateway) prima di procedere con l’acquisto. Il mercato propone diverse soluzioni in grado di soddisfare le velleità più esasperate degli smanettoni ma anche chi è alla ricerca un sistema plug&play.

Smart Home: protocolli wireless

Prima di parlare di gateway, è bene spendere due parole sui protocolli wireless in ambito domotico. Esistono già WiFi e Bluetooth, era necessario aumentare la confusione con nuovi protocolli? Purtroppo sì. Molti componenti devono scambiare pochissimi dati con il gateway e il basso consumo è un requisito indispensabile per avere un’autonomia accettabile ed evitare di cambiare le batterie troppo spesso. Il Bluetooth LE (Low Energy) potrebbe essere vincente sulla carta, ma la copertura del segnale e il numero di dispositivi collegabili lo rendono poco attraente. Con la domotica i protocolli aggiuntivi da considerare sono quattro (in pratica meno): Thread, WiMo, ZigBee, Z-Wave:

  • Thread: è un protocollo aperto basato su IPV6 con consumi ridotti, ma al momento poco diffuso; (Immagini: wemo-logo.png, zigbee-logo.png, zwave-logo.jpg)
  • WeMo: è un protocollo introdotto da Belkin per i (pochi) prodotti della Belkin Home Automation. È basato su WiFi e i consumi energetici non sono il suo forte tanto che quasi tutti i prodotti sono collegati alla rete elettrica;
  • ZigBee: è basato sullo standard IEEE 802.15.4 e lavora su due bande: 868 MHz (solo in Europa) e 2,4 GHz. Sono disponibili diversi dispositivi, ma prima dell’acquisto è preferibile verificare la compatibilità con la banda 868;
  • Z-Wave: i prodotti Z-Wave sono in genere di facile reperibilità (Amazon e vari shop online) ma fate bene attenzione a scegliere prodotti destinati al mercato europeo (funzionanti a 868 MHz). La velocità di trasmissione è ridotta (fino a 100 kbps), inferiore a ZigBee (250 kbps) ma al momento non sul campo non si notano differenze o criticità particolari.

Ad accezione di WeMo, tutti i protocolli riportati creano una rete “mesh” per comunicare, così un dispositivo A può comunicare con C passando per B.

Gateway per smart home

Il gateway è l’elemento centrale dell’impianto domotico. Attraverso il gateway è possibile aggiungere nuove periferiche, controllarle e impartire i comandi a distanza. E’ di fatto un router ma compatibile con uno o più protocolli wireless a basso consumo. Un maggior numero di protocolli permette in teoria di avere più possibilità di scelta in fase di acquisto dei componenti aggiuntivi, ma dipende dal budget a vostra disposizione.
Siete degli smanettoni e volete ridurre al minimo i costi? Potete acquistare un adattatore Z-Wave da collegare a un vecchio PC o a un Raspberry. Anche alcuni NAS possono trasformarsi in un gateway Z-Wave con il software opportuno.

Vera Plus

Volendo faticare meno, sono disponibili gateway di diverse marche: Fibaro, Smartthings, Vera e altri.
La prova sul campo che segue è basata sul Vera Plus. Si tratta di un’unità che monta un processore MIPS da 880 MHZ, una memoria flash da 128 MB e una RAM da 256 MB: è compatibile con Z-Wave Plus, Zig-Bee, Bluetooth 4.0 e WiFi 802.11 a/b/g/n/ac. Lo si può attualmente trovare ad un prezzo che oscilla intorno ai 180-200 euro. Il gateway è il primo componente da avviare e configurare. Nel caso del Vera Plus, il primo avvio coincide anche con la creazione di un account sul sistema Vera che consente di accedere alla propria rete domotica anche a distanza per controllare o impartire comandi. Ad ogni account possono essere collegati più gateway, magari per controllare una seconda casa. Una connessione internet è, ovviamente, indispensabile.

La confezione contiene l’alimentatore e un cavo di rete (la porta Ethernet è sul resto, accanto a una porta USB), oltre al gateway stesso. La scocca sembra realizzata in una plastica economica, ma ha il vantaggio di non essere troppo ingombrante. A differenza di alcuni competitor, non è richiesto nessun canone annuale per il profilo base, che risulta più che sufficiente per il normale utilizzo.

Creato l’account e collegato al router internet, il gateway è pronto per accettare i vari dispositivi ed i dispositivi sono pronti per essere gestiti dal gateway. I comandi possono essere impartiti via web o tramite un’applicazione mobile dedicata (disponibile per Android e iOS). Cosa sia possibile gestire dipende, ovviamente, da cosa ci si collega.

Dispositivi per smart home

Esistono dispositivi di molti tipi e per molte esigenze, peraltro con prezzi estremamente differenti: da qualche decina a qualche centinaia di euro. Per iniziare i test si è puntato su un paio di adattatori Schuko comandabili a distanza, un multi-sensore, una serie di teste termostatiche per gestire il riscaldamento e dei sistemi per il monitoraggio dei consumi elettrici.

Dispositivi Smart Home

Danfoss LC-13

Visto il recente obbligo di installazione di valvole termostatiche per i riscaldamenti centralizzati, la prima scelta era quasi obbligata: una testina termostatica smart per i radiatori di casa. La scelta è caduta sulla Danfoss 014G0013 (meglio nota come LC-13).

In realtà ne esistono tre versioni ma, se non si hanno intenzioni di utilizzare il sistema Danfoss proprietario, si consiglia la LC-13. Il prezzo è intorno ai 50-60 euro a testina. Il montaggio è facile anche grazie agli adattatori che dovrebbero consentire la compatibilità con la maggior parte delle valvole disponibili sul mercato. Unico neo: gli adattatori sono in plastica e, se non si pone la dovuta attenzione, sorge il rischio che la filettatura metallica della valvola li rovini. La testina, alimentata tramite due batterie AAA possiede un piccolo schermo LCD retroilluminato e tre pulsanti per la configurazione finale e la regolazione manuale della temperatura. Sullo schermo è riportata una temperatura che la testina cercherà di mantenere aprendo o chiudendo la valvola e, quindi, facendo passare più o meno acqua calda nei radiatori.

Il vantaggio della versione Z-Wave consta nel fatto che si possa impostare la temperatura desiderata direttamente tramite l’interfaccia del gateway o sull’applicazione mobile. Per esempio, è possibile abbassare la temperatura della stanza quando si esce di casa e alzarla poco prima di rientrare. Si può fare in manuale oppure in automatico impostando un timer sul gateway. O, ancor meglio, definendo delle regole in base alla posizione: si abbassa la temperatura quando ci si allontana da casa e si aumenta quando ci si avvicina. Il meccanismo ha però un punto debole: l’orario di accensione delle caldaie condominiali. Infatti se si rientra in casa dopo lo spegnimento della caldaia condominiale, l’azione della testina basata sulla posizione dello smartphone sarà perfettamente inutile. La casa può essere “smart”, ma il condominio rimane quindi un limite.

Sul mercato sono disponibili diverse soluzioni di Smart Heating (Tado, Nest, Hive, eccetera). Alcune di queste hanno funzioni di autoapprendimento che consentono di prevedere in quando tempo la casa si porta in temperatura anche considerando la temperatura esterna. In questo caso l’autoapprendimento non c’è, ma si tratta tuttavia di una funzione più adatta a un riscaldamento autonomo che non ad uno centralizzato.

Fibaro Wall Plug

Si tratta di un adattatore attivabile da remoto compatibile con il protocollo Z-Wave Plus. Si collega a una presa Schuko e mette a disposizione una presa Schuko tipo E o F (a seconda del modello, fate attenzione in fase di acquisto). Rispetto ad altri adattatori smart presenti sul mercato è veramente piccolo e consente di collegare carichi resistivi fino a 2500 Watt. Per altre tipologie di carico (capacitivo o induttivo) è opportuno considerare limiti inferiori in funzione del cosphi (il fattore di potenza, lo sfasamento tra la corrente e la tensione) tipico dell’elettrodomestico da collegare.

L’inclusione dell’adattatore alla rete Z-Wave è immediata: basta selezionare il dispositivo sul gateway, premere rapidamente tre volte il pulsante sul Wall Plug e attendere che il gateway termini la procedura. A questo punto è subito operativo ed è pronto per accendere e spegnere il carico collegato. La presenza di alcuni led sulla corona intorno alla presa consente di avere un’idea qualitativa anche dell’assorbimento istantaneo: verde basso, rosso elevato. L’interfaccia sul Vera Plus permette di cambiare lo stato del dispositivo ma anche di verificare la potenza assorbita in Watt. Attraverso alcuni parametri, i valori sono riportati nel manuale, è possibile cambiare modificare alcune impostazioni avanzate: per esempio si può fare in modo se l’assorbimento misurato consideri anche l’assorbimento del Wall Plug stesso.

Le potenze misurate sono precise nel caso di carichi resistivi (stufette elettriche, scaldabagni, ferri da stiro), un po’ meno nel caso di elettrodomestici più complessi (frigoriferi, lavastoviglie, lavatrici, …) ma i numeri non sono comunque troppo lontani dalla realtà.

Aeotec MultiSensor 6

Come suggerisce il nome, si tratta di dispositivo dotato di più sensori: temperatura, umidità, illuminamento, movimento, vibrazione e UV. È poco più grande di un cubetto di ghiaccio ed è accompagnato anche da un piccolo supporto da muro da usare in caso di installazione fissa. Può essere alimentato da rete, tramite cavo USB o da due batterie CR123A (non in dotazione). Le dimensioni ridotte e il numero di sensori presenti lo rendono ottimale per monitorare gli ambienti. L’accoppiamento, o meglio inclusione trattandosi di oggetti Z-Wave, con il Vera Plus è immediato e in pochi secondi si hanno a disposizione le misurazioni sul gateway. A esserci sinceri, la coppia Multisensor6 e Vera Plus non sembra funzionare con tutti i sensori a disposizione (vibrazioni e raggi UV rimangono da verificare). Gli altri sensori, invece, non hanno problemi e restituiscono valori che sembrano sufficientemente affidabili, con un errore accettabile. Il funzionamento a batteria ha qualche problemino di trasmissione dati, quindi si consiglia di collegarlo alla rete.

Il gateway Vera Plus mostra i valori istantanei rilevati dal MultiSensor6 e non ci sono informazioni storiche o trend, almeno nella configurazione base, ma è possibile ovviare a questo problema tramite i plugin.

Smart home, come gestire l’energia

Con sistemi di questo tipo è possibile tenere sotto controllo non solo i consumi elettrici dei singoli elettrodomestici ma anche i consumi complessivi di casa, basta scegliere i componenti adatti. L’analisi dei consumi non è un qualcosa fine a se stessa, ma permette di capire le abitudini e individuare comportamenti non corretti che è possibile correggere. Si potrebbe ad esempio scoprire che il proprio vecchio frigorifero o il vecchio condizionatore consumano molto più del previsto, il che ne consentirebbe un uso moderato se non direttamente la sostituzione.

Sul versante energia elettrica, sono disponibili diverse soluzioni Z-Wave basati su due principi completamente differenti: il conteggio dei blink (lampeggio) del contatore e la misura delle correnti elettriche tramite TA.

Per un breve test abbiamo provato i due prodotti principali delle due tipologie: il NQ-9021 e l’Aeotec Home Energy Meter, disponibili entrambi a poco più di 100 euro.

Il NorthQ NQ 9021 è una scatolina, alimentata a batterie, con un sensore ottico che va posizionato tramite un adesivo in dotazione sul led rosso del contatore elettrico. Poiché, tramite un parametro correttivo, ogni accensione del led (blink) corrisponde a una certa quantità di energia elettrica consumata (kWh), il sistema è in grado di indicare i consumi complessivi dell’abitazione con la precisione del contatore stesso. Il montaggio è alla portata di tutti e non ha nessuna controindicazione se non cambiare le batterie ogni tanto tipicamente una volta all’anno. È la soluzione migliore in presenza di impianti semplici e quando il contatore è in casa.

Se il contatore, in genere in un condominio, è in un luogo comune allora è opportuno puntare più su soluzioni tipo l’Aeotec Home Energy Meter. Qui siamo in presenza di un dispositivo ben più complesso come tipologia, come scelta e soprattutto come installazione.

Sul versante scelta, sono disponibili diverse varianti con una, due o tre pinze. Se non si hanno esigenze particolari è sufficiente la versione a una pinza (fino a 65 A) per impianti monofase. Per l’installazione bisogna fare molta attenzione. Si tratta di “pinzare” una fase nel quadro di casa e di collegare due cavi al quadro stesso. La guida allegata spiega bene i collegamenti.

Un paio di osservazioni a tal proposito. Attenzione al verso della pinza (se il verso è sbagliato si otterranno potenze negative, quindi in uscita) e al cavo pinzato (complessivo, forza motrice o illuminazione). Da un punto di vista della sicurezza, trattandosi di quadri elettrici, si consiglia caldamente di chiamare il proprio elettricista di fiducia per una installazione che non porta via più di 10 minuti. Da valutare bene anche la posizione: l’Aeotec Home Energy Meter è poco più grande di una saponetta e, a seconda della versione, ha almeno due cavi che entrano nel quadro.

Se non si ha il contatore in casa e si è nelle condizioni di non poter assicurare una posizione sicura all’Home Energy Meter di Aeotec, si consiglia di valutare l’acquisto di un Energy Meter da installare su barra DIN direttamente nel quadro, tipo il Qubino Smart Meter. Magari l’installazione sarà un po’ più complessa, ma il risultato anche da un punto di vista estetico è decisamente migliore.

Se si dispone di un impianto fotovoltaico, è possibile utilizzare sistemi di questo tipo anche per tenere sotto controllo e in tempo reale la produzione.

La parte elettrica non è l’unica che può essere monitorata. NorthQ propone infatti una variante (NQ-9121) da montare sul contatore gas sempre con le stesse modalità: sensore ottico posizionato sul contatore (in questo caso anche meccanico) tramite un adesivo.

Altri dispositivi

Se si dispone di altri sensori o sistemi di automazione, si consiglia di guardare nella sezione Apps dell’interfaccia del gateway perché non è escluso che sia stato sviluppato un plug-in per il collegamento.

Un esempio: con l’apposito plug-in si son potute collegare le luci intelligenti Philips Hue al gateway per poterle accendere/spegnere/regolare anche tramite il gateway stesso. Inoltre nei nostri test si son potute riciclare un paio di webcam per mostrare immagini anche tramite il gateway Vera Plus. Non tutte le funzioni sono disponibili tramite gateway, per esempio le cam PTZ (Pan Tilt Zoom) risultano fisse oppure gli allarmi dovuti al movimento/suono non sono riportati, ma il fatto che il sistema originario continui a funzionare e non venga intaccato dal sistema Z-Wave è un indubbio vantaggio.

Poiché la configurazione tramite gateway impone un IP fisso per tutti questi dispositivi “riciclati” è bene sapere anche come cambiare qualche impostazione nella propria rete WiFi.

I plug-in

Dopo aver collegato i propri dispositivi e completato le prime configurazioni, è bene addentrarsi all’interno del mondo dei plug-in alla ricerca di funzionalità aggiuntive. La complessità dell’installazione è strettamente dipendente dal tipo di plug-in. Si va dal classico “installa & usa” alle configurazioni più complesse, che necessitano maggiori competenze e una certa dose di pazienza nelle fasi di installazione.

Un plug-in del primo tipo è sicuramente “Virtual Outdoor Temperature Sensor”: in pochi secondi mette a disposizione un sensore virtuale per la temperatura esterna basato sulla posizione geografica impostata in fase di registrazione. I dati sono scaricati da internet e sono gli stessi che si trovano riportati negli smartphone.

Del secondo tipo sono sicuramente i plug-in per l’archiviazione e l’analisi dei dati storici. Si tratta di applicazioni che acquisiscono i dati provenienti dai sensori e li elaborano in base alle proprie esigenze. DataMine 2.0 è un esempio e lavora completamente in locale: il software è installato sul gateway e le acquisizioni su una pendrive USB esterna. A onor del vero l’installazione di una memoria USB risulta abbastanza problematica e il software fatica a riconoscere l’unità esterna, ma alla fine si ha a disposizione un buon sistema di monitoraggio.

Altra soluzione che si consiglia di valutare con attenzione è EmonCMS. Fa parte di un progetto più ampio (Open Energy Monitor), completamente open-source, per il monitoraggio dei consumi energetici. Tramite un opportuno script sviluppato dalla comunità, è possibile passare a EmonCMS i dati acquisiti dai diversi sensori. La configurazione non è delle più complicate ed è possibile personalizzare i dashboard per la visualizzazione dei principali parametri di interesse: andamenti orari per consumi, temperature e umidità.

Gli smanettoni potrebbero valutare anche la possibilità di installare il software direttamente su un proprio server locale (un vecchio pc, un raspberry o anche un NAS evoluto).

Smart home: prospettive

Uno degli ambiti nelle quali le applicazioni smarthome potrebbero avere un ruolo importante è sicuramente la sicurezza. Non si fa esclusivo riferimento alle telecamere IP o ai sensori di presenza, ma anche ad una serie di dispositivi che possono ridurre rischi spesso sottovalutati.

Si rimane giocoforza molto perplessi quando si legge di esplosioni legate a fughe di gas, eppure occorre tener conto che non si tratta di un rischio troppo remoto: basta un vecchio piano cottura senza valvola di sicurezza (e ce ne sono parecchi), una pentola in ebollizione con la schiuma che spegne la fiamma e il rischio è servito su un piatto d’argento.

In queste situazioni un Smart Combustible Gas Sensor potrebbe rivelarsi molto utile, segnalando per tempo la presenza di gas in casa e chiudendo la valvola principale attraverso il Popp FlowStop. Il rischio è diverso, ma la perdita di acqua da una lavatrice/lavastoviglie o da una tubazione è un incubo anche più comune. Col giusto sensore (per esempio Water 6 di Aeotech e sempre il FlowStop si può chiudere la valvola dell’acqua. E se in casa si dispone di un sistema di riscaldamento a combustione, tipo stufa a legna o un camino, magari con un tiraggio non impeccabile, perché non installare un sensore per il CO (monossido di carbonio)?

La sicurezza può essere intesa anche come continuità di servizio. Non vi è mai capitato di superare la potenza contrattuale con distacco del contatore dopo aver acceso lavatrice, ferro da stiro, lavastoviglie, condizionatore? Bene, si possono facilmente creare delle regole in modo tale che quando il sensore del consumo generale rileva un consumo eccessivo stacca automaticamente i Wall Plug e manda un alert.

E perché non alzare gli avvolgibili durante il giorno in modo automatico quando c’è il sole sfruttando gli apporti solari gratuiti e risparmiando sul riscaldamento?

Insomma, le possibilità sono davvero ampie. Gli stessi assistenti vocali (Siri, Amazon Alexa, Google Home) già permettono di interagire con questi sistemi in modo più o meno rudimentale, ma non possono che migliorare con il tempo.

Conclusioni

Al termine di diverse settimane di prove varie, appare evidente come i sistemi attuali per le smart home siano maturi, ma non per tutte le differenti fasce di utenti. Indipendentemente dal gateway scelto, che è il cuore del sistema, finché si scelgono componenti per i quali la compatibilità è totale non esistono problemi. Quando però entrano in gioco configurazioni particolari, ci si allontana di molto dalla filosofia plug&play e il numero di utenti che possono trarre beneficio da simili sistemi si riduce sensibilmente.

Dal punto di vista dell’acquisto, non si può che consigliare un percorso meditato, cercando di capire quali siano le esigenze principali e di partire dalle componenti più semplici. La modularità dei sistemi permette fortunatamente di aggiungere un mattoncino (almeno 50 euro) alla volta e di pianificare nel tempo le spese.

Inoltre: tali apparati possono davvero influire sul risparmio energetico, fino a rappresentare un vantaggio per le spese domestiche? Se il punto di partenza è una gestione “allegra” dei vari parametri (temperature, luci, riscaldamento) della propria abitazione, magari unita a una serie di elettrodomestici di vecchia concezione, con l’analisi dei consumi si può scoprire dove e come sia possibile raggiungere un risparmio apprezzabile. Se la propria abitazione è già al top dell’efficienza (fonti illuminanti, elettrodomestici, coibentazione), probabilmente saranno maggiormente apprezzati altri aspetti.

In ogni caso, questa è la casa del futuro: sicura, connessa, automatizzata e user-friendly. E intelligente, perché tutto parte da questo imprescindibile aspetto.

Immagine: Visivasnc