المنزل الذكي: بعد جديد للراحة والسعي للتميز. الجزء الأول

هذه المقالة هي استمرار منطقي للموضوع الذي أثير سابقًا حول أنظمة المراقبة لمنزل ريفي. بالنسبة لشخص لم يقرأ المقالة السابقة ، قد تبدو بعض الأفكار في هذه المقالة غريبة. دعني أذكرك: بالفعل في عملية تصميم واختيار المكونات الأساسية ، أصبح من الواضح أن مراقبة عمل أنظمة المنزل الريفي لن تنتهي وأنك لا تحتاج فقط إلى المراقبة ، ولكن أساس المنزل الذكي. الآن دعونا نرى كيف تطورت الأحداث. كما كان من قبل ، لن أقدم قوائم كاملة بالبرامج أو الرسوم البيانية التفصيلية. مهمتي هي إظهار قطار الفكر وربما البدء في مناقشة.

ماذا تريد من منزل ذكي؟

عليك أولاً أن تفهم ، ولكن ما يجب أن يكون ذكيًا في المنزل الذكي. لا يتعلق هذا بأي تعريفات متعارف عليها ، ولكن حول ما يتبادر إلى ذهنك عندما تكون بين يديك مجموعة قوية من الأدوات كما هو موضح في المقالة السابقة: openHAB + Arduino / nFR24L01 +. حصلت على القائمة التالية من "قائمة الرغبات" الأساسية:

1. تعلم التحكم في قوة الغلاية الكهربائية اعتمادًا على درجة الحرارة في المنزل والشارع ، بل والأفضل مع مراعاة توقعات الطقس. قبل ذلك ، تم تعيين طاقة الغلاية فقط بواسطة مفاتيح ميكانيكية على الغلاية نفسها ولم يكن تشغيل المرجل مثاليًا من حيث الحمل على الشبكة ومن حيث توفير الطاقة بسبب الشمس ( انظر هنا ).
2. لاستبعاد التلاعب اليدوي لتشغيل / إيقاف المضخات (إمدادات المياه ، إعادة تدوير DHW) ، سكك المناشف المسخنة ، ترموستات الرادياتير ، إلخ. عند الوصول / المغادرة. حسنًا ، وبالطبع ، راجع حالة هذه الأجهزة.
3. تعلم تشغيل وإطفاء الضوء والنافورة وغيرها من الأجهزة حسب الوقت من اليوم والسنة ووجود الملاك في المنزل وبعض العوامل الأخرى. في صياغة أكثر عمومية - لخوارزمية وأتمتة التحكم في تلك الأجهزة التي يكون التحكم فيها روتينيًا ، لاستبعاد النقر الرتيب للمفاتيح التقليدية ، خاصة في الظلام. يجب تشغيل كل شيء وإيقافه تلقائيًا.
4. استخدم الخوارزميات التي توفر الطاقة. على سبيل المثال ، فإن المرحلة الأولى من الغلاية التي يتم تشغيلها لفترة طويلة ستجعل من الممكن الحصول على طاقة أكثر من الشمس من 2-3 مراحل يتم تشغيلها / إيقافها بشكل دوري من خلال درجة حرارة خط الإرجاع. على سبيل المثال يمكنك الحصول على وفورات في الطاقة بسبب حمل أكثر عمقًا.
5. كان نظام المراقبة والتحكم الذي ولد في هذا الوقت كافياً لتنفيذ جزء فقط من هذه المتطلبات. على سبيل المثال ، من الممكن بالفعل التحكم في الغلاية في خطوات ، ولكن ليس من الواضح حتى الآن ما هي الخوارزميات ، مع الأخذ بعين الاعتبار القيود المفروضة على استهلاك الكهرباء ومع مراعاة توازن الأولويات لتدفئة المنزل وإعداد الماء الساخن. بالإضافة إلى ذلك ، لم يتضمن الإصدار الأول من النظام جميع المحركات اللازمة ، على سبيل المثال ، لم تكن هناك أجهزة تحكم في المضخة ، ولم تكن جميع الأضواء في المنزل مؤتمتة. كانت هناك طلبات محددة إضافية ، على سبيل المثال ، "لإبراز الصورة". علاوة على ذلك ، تم تحويل هذا الطلب نفسه إلى "جعل التبديل التلقائي وإيقاف تشغيل الإضاءة الخلفية للصورة اعتمادًا على الوقت من اليوم والإضاءة وعوامل أخرى."

الإجمالي: هناك أساس قابل للتوسيع ، وهناك أهداف. نقوم بتحليل البيانات المفقودة. أولاً ، لا توجد معلمات كهربائية كافية ، على الأقل ما يلي: الاستهلاك الحالي للمنزل ، الطاقة المستلمة من الشمس. ثانياً ، ليس هناك توقعات كافية بشأن الطقس. بالإضافة إلى ذلك ، لا توجد مشغلات مدمجة كافية. ألاحظ أن وحدات التحكم الطرفية المزودة بمحركات (مرحلات) الموضحة في المقالة السابقة كلها متعددة الوظائف وليست صغيرة للغاية. وإلى جانب محلية الصنع. بعض الأجهزة ، على سبيل المثال ، تقوم برؤوس يتم التحكم فيها بالترموستات على مشعات التسخين نفسها ، ولا معنى على الإطلاق ، تحتاج إلى شرائها.

استقبال معلمات الكهرباء

لذا ، نبدأ بالمعلمات الكهربائية. أول ما يتبادر إلى الذهن هو وضع المستشعرات الحالية بناءً على تأثير Hall ، هناك مستشعر 220 فولت موجود بالفعل ، يبقى لقياس الجهد على الألواح والبطاريات. كل شيء يمكن القيام به على أجهزة استشعار منفصلة. ومع ذلك ، فإن جميع هذه القياسات يتم إجراؤها بالفعل من قبل محطة للطاقة على أساس العاكس Xantrex وجهاز تحكم MPPT . كما نتذكر ، يتم دمج هذه الأجهزة في حافلة Xanbus ذات ملكية خاصة ، وهي وسيلة نقل لتفاعل الجهاز عبر بروتوكول Modbus. وبالنسبة لها هناك بوابة خاصة من TCP-Modbus Conext ComBox ، والتي تسمح لك بقراءة وتعيين معلمات النظام على شبكة محلية. هذا هو ما تحتاجه! في المقابل ، بالنسبة لـ openHAB هناك TCP-Modbus ملزم خاص ، والذي يبقى للتوصيل والتكوين. لذلك ، تم شراء البوابة ، ودراسة الوثائق ، والتوصيل بـ openHAB متصل وتكوينه ، وتحديد العناصر ، وكتابة القواعد الأساسية. ونتيجة لذلك ، بدأت المعلمات التالية في الوصول إلى المنزل الذكي: الجهد عند مدخلات الشبكة والمولد ، والجهد عند خرج العاكس ، تيار الحمل ، طاقة الحمل في W و VA ، الجهد على الألواح الشمسية والبطاريات ، التيارات عند مدخلات ومخرجات وحدة تحكم MPPT ، التيار شحن البطارية ، الطاقة التي تستقبلها الطاقة الشمسية المعطاة ، كمية الطاقة الشمسية المجمعة المعطاة للنظام ، والتي تعاد إلى الشبكة. حتى يتم قراءة درجة حرارة البطاريات ، بمجرد أن ساعد ذلك على تجنب ارتفاع درجة الحرارة.



بوابة TCP-Modbus لقراءة معلمات أجهزة Shneider Electric (Xantrex) المتصلة بشبكة Xanbus.

تلقي توقعات الطقس

التالي. يمكنك الحصول على توقعات الطقس بطرق مختلفة ، على سبيل المثال ، قم بالتسجيل في مزود. ومع ذلك ، هناك طريقة أكثر وضوحًا: أخذ بيانات التوقعات مباشرة من موقع الطقس ، على سبيل المثال ، yandex.ru/pogoda. للقيام بذلك ، كتبت أداة مساعدة في C ، باستخدام مكتبة curl ، يحفظ صفحة HTML إلى ملف. في طلب HTTP ، ترسل الأداة الموقع إحداثيات المنزل. يتم تحليل الملف الناتج واستخراجه بعشرات المعلمات: درجة الحرارة ، وشروق الشمس وأوقات الغروب ، وتوقعات درجة الحرارة الليلية ، واتجاه الرياح وقوتها. تستخدم خوارزميات المنزل الذكي توقعات درجة حرارة الليل ووقت الغروب. يتم عرض البيانات المتبقية بشكل إعلامي فقط في الواجهة. في openHAB ، يتم نقل البيانات بنفس الأداة من خلال واجهة برمجة التطبيقات REST API المدعومة من قبل openHAB. في المقابل ، يتم تشغيل الأداة المساعدة C نفسها باستخدام أدوات openHAB العادية كل 4 ساعات. وبالتالي ، كل شيء بسيط للغاية ، والصعوبة الرئيسية هي تطوير خوارزمية لتحليل صفحة HTML محفوظة. لكن مقالتي ليست حول ذلك.

في الشكل - شاشة المنزل الذكي مع بيانات الطقس التي تم الحصول عليها من إحداثيات المنزل من yandex.ru/pogoda

أتمتة إدارة الجهاز الروتينية

أثناء العمل على الحصول على توقعات الطقس ، قدم لي أحد الأصدقاء مرحلات يتم التحكم فيها عن طريق WiFi وسلك تمديد كهربائي كامل مع ثلاث مرحلات وثلاثة أزواج من مآخذ USR IOT . في هذه اللحظة ، كنت قد أتقنت openHAB قليلاً ، ومع بعض الإثارة بدأت في تطوير أجهزة جديدة ودمجها في المنزل الذكي. تم تحديد التتابع للتحكم في مضخة البئر ، وكان سلك التمديد موجودًا في الحظيرة واستخدم للتحكم في إضاءة البركة والنافورة والضوء في الحظيرة. بالنسبة لأجهزة USR ، وجدت IOT وثائق على الشبكة تصف بروتوكول التحكم ، ولكن لا يزال يتعين علي الاستماع إلى حركة مرور الشبكة باستخدام Wireshark . ونتيجة لذلك ، تعلمت إنشاء أوامر تحكم وتحليل الاستجابات من الأجهزة. للتحكم في التتابع ، كتبت برنامجًا في C يتم استدعاؤه بواسطة قاعدة من openHAB ، وقمت بتوصيل سلك التمديد مباشرة باستخدام TCP openHAB ملزم. في الصورة على اليمين ، سلك تمديد USRIOT مع منافذ يتم التحكم فيها عن طريق WiFi.

يبقى لكتابة القواعد:

1. قم بتشغيل مضخة البئر. عند نزع سلاح المنزل ، قم بتشغيل المضخة ؛ وعند التسليح ، أوقف تشغيل المضخة. الأمر بسيط ، لأن حالة الحماية تعلم النظام القراءة من الإنذار في مرحلة "المراقبة". ويتم استخدام هذه المعلمة أيضًا في العديد من القواعد. لهذا الغرض ، غالبًا ما يُستخدم الكشف عن التواجد في المنزل ، على سبيل المثال ، عبر علامات Bluetooth ، عن طريق تسجيل جهاز محمول على شبكة محلية ، إلخ. ومع ذلك ، هذه الطرق ليست مستقرة للغاية ، وغير مرغوب فيها للاستخدام في قواعد خطيرة.
2. قم بتشغيل النافورة في البركة. كنت أستخدم الموقتات الإلكترونية ، لكنهم كانوا يحترقون بانتظام ولا يعرفون عن وجود المالك في المنزل. الآن تم فتح "عهد جديد" من الأتمتة. يتم تشغيل النافورة إذا تم نزع سلاح المنزل ، إذا كانت درجة الحرارة في الشارع (تعلمنا كيفية القياس في مرحلة "المراقبة") 5 درجات على الأقل (لا يلزم النافورة في فصل الشتاء) والوقت 08:00. تنطفئ النافورة عند الساعة 23:00 دائمًا. على سبيل المثال القاعدة "غير متكافئة" قليلاً وهي مريحة للغاية.
3. إضاءة خلفية بركة. يجب أن أقول أن الإضاءة الخلفية نفسها ظهرت بسبب الرغبة في تشغيلها تلقائيًا. يتم تشغيل الإضاءة الخلفية عندما يتم نزع سلاح المنزل ، وعندما تكون الإضاءة في الشارع أقل من المعلمة المحددة في الإعدادات ، وعند الحركة على شرفة المنزل الرئيسي أو بيت الضيافة. على سبيل المثال لن تضيء قبل أن يريد المالك رؤيتها. ظهرت جميع المعلمات للسيطرة في مرحلة "الرصد". يتم الإيقاف دائمًا عند الساعة 01:00 ، دائمًا.
4. تشغيل الضوء في الحظيرة. هذه هي أطرف قاعدة. يضيء الضوء إذا تم نزع سلاح المنزل ، إذا كان مستوى الإضاءة أقل من عتبة محددة مسبقًا ، إذا كانت درجة حرارة الهواء أقل من 15 درجة ، وإذا تم الكشف عن الحركة على الشرفة. ينطفئ بعد 5 دقائق ، مع الحركة المتكررة على الشرفة يتم تمديد وقت الحرق لمدة 5 دقائق. يتم تنفيذ كل شيء فقط من خلال أدوات openHAB العادية. السؤال هو: لماذا تستخدم درجة الحرارة في القاعدة؟ بسيط جدًا: يتم تخزين الحطب للموقد في الحظيرة. إذا كنت في المساء في الطقس البارد خرجت إلى الشرفة ، فربما يكون ذلك وراء الحطب :) ومن الأفضل أن يحترق الضوء في الحظيرة.

يبقى أن نلاحظ أنه في جميع القواعد ، يتم تشغيل الأجهزة وإيقافها تلقائيًا. ولكن في نفس الوقت يمكن التحكم فيها يدويًا من خلال واجهة openHAB. تحتوي أجهزة USR IOT الموصوفة أيضًا على أزرار تحكم فعلية على العلبة ، لذا من المهم معرفة كيفية قراءة حالة الأجهزة. تتمثل إحدى طرق تحديث حالة جميع المشغلات ، بالإضافة إلى المستشعرات ، في استقصائها من openHAB بواسطة المؤقت ، على سبيل المثال ، كل 15 دقيقة. بالنسبة للأجهزة محلية الصنع ، بالإضافة إلى ذلك ، من الضروري إرسال حالة عندما تتغير حالة أزرار / مفاتيح التحكم.

دعنا نعود خطوة واحدة. كانت المهمة الأولية هي معرفة كيفية التحكم بمرونة في التدفئة بحيث يكون المنزل دافئًا ، وكان هناك دائمًا ماء ساخن ، وأنه لم يكن لديك للذهاب بانتظام إلى غرفة المرجل لتنظيم تشغيل المرجل. وفي هذه الحالة ، لتقليل احتمالية إيقاف تشغيل الغلاية نتيجة لتشغيل تتابع حد الحمل ، والذي يتم تثبيته في اللوحة ويحد من الاستهلاك الحالي عن طريق فصل الأحمال غير ذات الأولوية ، والتي تشمل كل من المرجل والغلاية. في نفس الوقت ، في المرحلة الأولى ، يتم إيقاف تشغيل سخان المرجل لمدة 5 دقائق ، وإذا لم يساعد ذلك ، يتم إيقاف تشغيل المرجل لمدة 10 دقائق (المرحلة الثانية). دعني أذكرك بأن الاستهلاك في المنزل محدود وكل شيء كهربائي في المنزل ، ولا يوجد غاز ، لذلك عليك مراقبة الاستهلاك. وسيكون من الجميل استخدام طاقة الشمس إلى أقصى حد. فيما يلي بعض القواعد الناتجة.

المجموعة الأولى. منزل منزوع السلاح:

1. كل 20 دقيقة ، تحقق من درجة الحرارة في المنزل ، وإذا كانت أقل من درجة محددة مسبقًا (22 درجة) ، أضف مستوى واحدًا من طاقة الغلاية. ولكن ، قم بذلك إذا لم يتم تجاوز عتبة تيار الحمل ، على سبيل المثال ، عند 25.6 أ. إذا كانت درجة الحرارة أعلى من القيمة المحددة ، فقم بإيقاف تشغيل مرحلة واحدة من الغلاية كل 20 دقيقة ، مع ترك المرحلة الأولى فقط. ونتيجة لذلك ، نحصل على "تسريع" سلس لنظام التدفئة ونحمي أنفسنا من الإغلاق الكامل بسبب الحمل الزائد. المنطق العام هو: إذا كان مستهلكو الكهرباء الأقوياء يعملون في المنزل ، على سبيل المثال ، موقد أو غلاية أو ميكروويف أو حتى مكنسة كهربائية ، فإن الطاقة التي يستهلكونها في نهاية المطاف تنتقل إلى الحرارة المتبقية في المنزل ولماذا لا تلاحق المرجل لتشغيله بكامل طاقته. من الأفضل ترك الغلاية تعمل في المرحلة الأولى ، ولكن لا تغلق لمدة 10 دقائق نتيجة لترحيل الحد من الحمل.
2. إذا كانت درجة حرارة الماء الساخن في الغلاية أقل من 35 درجة ، فقم بتشغيل المرحلة الأولى من الغلاية والسخان. إذا كانت درجة حرارة الماء أكثر من 35 درجة ، ودرجة حرارة الهواء في المنزل أعلى من درجة الحرارة المحددة (23 درجة) ، فأوقف تشغيل المرحلة الأولى من الغلاية. إذا كانت درجة حرارة الماء أعلى من 37 درجة - أطفئ السخان. علاوة على ذلك ، يجب إجراء جميع الشوائب فقط إذا كان تيار الحمل لا يزيد عن 25.6A. بخلاف ذلك ، سيعمل مرحل تحديد الحمل ولن يعمل أي شيء لمدة 10 دقائق على الإطلاق. قم بإجراء جميع الفحوصات عند تحديث قراءات مستشعر درجة حرارة الماء الساخن. تضمن هذه القاعدة توفر الماء الساخن والتدفئة السريعة بأقل استهلاك للطاقة.
3. إذا كانت درجة حرارة سائل التبريد في الدائرة الشمسية أعلى من درجة حرارة الماء الساخن ، والتي بدورها أعلى من 35 درجة ، فأوقف تشغيل سخان السخان. وبالتالي ، من الممكن توفير الكهرباء وعدم تركها بدون ماء ساخن.
4. إذا كانت درجة الحرارة في المنزل أكثر من درجة الحرارة المحددة (23 درجة) ، ودرجة حرارة الماء الساخن أكثر من 35 درجة ، فقم بإيقاف تشغيل الغلاية تمامًا. خلاف ذلك ، سيكون هناك استهلاك مفرط للكهرباء ، وغالبًا ما تعمل أتمتة المرجل على إيقاف تشغيله بواسطة درجة الحرارة في خط العودة.
5. إذا لم يكن هناك جهد على عنصر التسخين في المرجل ، على الرغم من أنه يتم تشغيله من المنزل الذكي ، فقد تعثرت المرحلة الأولى من مرحل الحمل. إذا قمت بتحديد قوة المرجل ، يمكنك تجنب إيقاف تشغيله. أوقف تشغيل الخطوتين الثانية والثالثة. ثم سيديرون أنفسهم ، بقواعد أخرى ، إذا لزم الأمر. وبالمثل ، نتحقق من جهد إمداد المرجل. إذا اختفت ، فقد تعثرت المرحلة الثانية من مرحل الحمل ، نترك فقط المرحلة الأولى من المرجل ، نوقف كل شيء آخر ، بما في ذلك سخان المرجل ؛ سيتم تضمينها لاحقًا بواسطة قواعد أخرى. يتم ذلك من أجل تقليل احتمالية التشغيل المتكرر لترحيل الحمل ولضمان التدفق الأقصى والموحد للحرارة إلى المنزل.

المجموعة الثانية. المنزل في حالة حراسة.

1. إذا كانت درجة الحرارة الخارجية أقل من 8 درجات تحت الصفر ، قم بتشغيل المرحلة الثانية من الغلاية. (يتم تشغيل أول واحد تلقائيًا منذ تثبيت وحدة تحكم GSM العالمية ، انظر هنا ، تحت القطع الأول ). إذا كانت درجة الحرارة الخارجية أقل من -15 درجة ، قم بتشغيل المرحلة الثالثة من الغلاية. هذا يضمن التشغيل الأمثل لنظام التدفئة مع الحفاظ على درجة حرارة اقتصادية معينة في المنزل. عندما ترتفع درجة الحرارة في الشارع ، يتم إيقاف الخطوات بالتسلسل. تسمح لك هذه القاعدة بجعل المرجل يعمل بشكل أكثر تجانسًا وكفاءة.
2. إذا كان هناك ضوء مرتفع في الشارع ، فقم بتشغيل المرجل بشكل وقائي ، دون انتظار المعدات الآلية للحفاظ على درجة حرارة اقتصادية (8 درجات). أعد الغلاية إلى الوضع التلقائي إذا وصلت درجة الحرارة إلى القيمة المحسوبة. يتم حساب القيمة المحسوبة بواسطة الصيغة التجريبية ، التي تستخدم الحد الأدنى من درجة حرارة الليل خلال اليوم الماضي وتوقعات درجة حرارة الليل. بالإضافة إلى ذلك ، تعود الغلاية إلى الوضع التلقائي إذا انخفضت الطاقة الكهربائية المستلمة من الشمس إلى أقل من 500 واط. يتم تسهيل هذا المؤشر عبر عدة تمريرات للقاعدة التي يتم تنفيذها كل دقيقة. ونتيجة لذلك ، تسمح لك القاعدة بتوفير الكهرباء: نظرًا لتسخين المنزل ، ستعمل المرجل بشكل أقل في الظلام وتستهلك طاقة أقل من الشبكة.

لقطة شاشة لبيئة تطوير openHAB Designer مع قاعدتين للتسخين والماء الساخن المنزلي.

النتائج الأولية:

1. يتم تحقيق الأهداف المحددة بطريقة خالية من الغبار تمامًا. لم يكن نصيب الأسد من العمل مرتبطًا بالمعدات ، ولكن بالبرمجة. ومن هذه البرمجة ، جاء معظمها إلى تطوير وتصحيح القواعد في openHAB.
2. بالفعل في المراحل الأولى من تطوير المنزل الذكي ، تم تبرير الرهان على حل "لا يعرف التكنولوجيا". تستخدم القواعد الموضحة أعلاه البيانات المستلمة من وحدات التحكم محلية الصنع على Arduino ، من بوابة TCP-Modbus التي تم شراؤها ، والتي تم تلقيها من الإنترنت ، أي من مصادر غير متجانسة تمامًا. تمت إضافة إدارة الجهاز عبر TCP / IP. كل هذا منسق للغاية من openHAB. ولكن ، بالطبع ، مع هذا openHAB يصبح نقطة واحدة من الفشل. هذا هو السبب في أنه من الصحيح استخدام Linux كنظام تشغيل تحت openHAB. لذلك ، اضطررت للانتقال بمرور الوقت من توصيل الخادم بشبكة LAN عبر WiFi إلى سلك عادي. اضطررت أيضًا إلى تزويد UPS فردي ، على الرغم من إمدادات الطاقة الزائدة للمنزل بأكمله. حسنًا ، في الختام ، اضطررت إلى وضع مقبس Xiaomi WiFi الذي يتم التحكم فيه على مصدر طاقة الخادم ، وربطه بشبكة WiFi منفصلة ، وهو بمثابة الحجة الأخيرة عندما يتجمد الخادم.
3. لقد أصبح الإدراك أن إنترنت الأشياء والمنزل الذكي تفتح بالفعل الأفق لجودة حياة جديدة. الراحة المعززة حقا. في الواقع ، هناك ادخار. وأخيرًا ، تظهر الإثارة ، مما يؤدي إلى توصيل الأجهزة الجديدة واستخدام تقنيات التكامل الجديدة. مما يؤدي إلى مزيد من الراحة.

في المنشور التالي ، سأخبركم عن الإثارة التي أدت إليها وكيف تطور المنزل الذكي.