Casa inteligente: uma nova dimensão de conforto e busca da excelência. Parte dois

Na primeira parte, falei sobre a transição de apenas sistemas de monitoramento para uma casa inteligente. Nesse estágio, chegou-se à compreensão do enorme potencial para melhorar o conforto, e os recursos da tecnologia selecionada empolgam entusiasmo no desenvolvimento e integração de novos componentes.



Considere o aspecto da "excitação" em mais detalhes. Após as medidas tomadas, a casa inteligente tornou-se difícil de parar no desenvolvimento. Após os dispositivos WiFi USR IOT, chegou a vez do microcontrolador ESP8266, amado pelo DIY-chic. Usei as versões ESP8266-12 com as portas mini USB LoLin v3 NodeMCU e Wemos D1. Comece destacando a imagem que já foi mencionada acima. Os esboços do ESP8266 são convenientemente desenvolvidos no Arduino IDE após a conexão do plug-in apropriado. Lá você pode encontrar muitos exemplos que tornam o desenvolvimento muito simples, mesmo sem preparação. Portanto, a propósito, listar spreads não faz muito sentido.

Na foto está LoLin v3 NodeMCU com ESP8266-12. Conector - micro USB.
É importante apenas concordar com um protocolo para interagir com o openHAB. Não usei o MQTT, mas fiz a integração diretamente, pois isso é mais consistente com o modelo de gerenciamento centralizado selecionado. No controlador com ESP8266, o servidor mais simples aumenta, que recebe a solicitação, analisa e executa o comando extraído. A solicitação é enviada ao openHAB ("manualmente" ou como resultado da regra) usando o utilitário curl. O controlador envia a confirmação do recebimento do comando, o valor dos parâmetros medidos, o status dos dispositivos executivos conectados via rede local de volta ao openHAB através de sua API REST. No total, no momento da redação deste artigo, de acordo com esquemas semelhantes em uma casa inteligente, estão integrados 4 controladores baseados no ESP8266 e um no Arduino com um módulo Ethernet conectado. Deixe-me lembrá-lo de que tudo isso é feito não apenas para poder ativar ou desativar algo do seu smartphone, mas, antes de tudo, para que os dispositivos sejam ligados automaticamente quando as condições para isso acontecerem.

Na foto, um switch Legrand convencional, automatizado com o Wemos D1 Mini. Todos os componentes cabem em uma caixa padrão para instalação externa. Ao mesmo tempo, mede temperatura / umidade (sensor abaixo) e iluminação (para o futuro).

Por exemplo, a iluminação de uma imagem é ligada apenas uma vez por dia quando a casa está desarmada e quando o nível de luz está abaixo de um determinado nível e quando a hora está próxima da hora do pôr do sol. Além disso, alguns dispositivos, por exemplo, lâmpadas de rua não possuem interruptores físicos e são usados ​​principalmente no modo automático.

Todo mundo que esteve no Ob ou Leroy Merlin deve ter visto conjuntos de tomadas remotamente controladas ou até mesmo conjuntos de iniciantes com o grande nome "casa inteligente". A maioria deles combina comunicação de 433 MHz e essa comunicação é unidirecional. I.e. ao enviar um comando, é impossível saber se ele é recebido pelo atuador ou não. Compensa esse inconveniente de baixo custo. Por exemplo, você pode comprar soquetes controlados e um interruptor de bateria descarregado para 1300 e 1400 rublos. Tais esquemas são convenientes de usar para iluminar com um fio separado, para mover ou aparecer à medida que a ideia de design se desenvolve. Minhas arandelas se tornaram esses elementos, remanescentes de um castiçal antigo e uma pequena luminária de chão. Ambos no quarto. E o interruptor está convenientemente localizado na mesa de cabeceira. Por que uma introdução tão longa? Não faz sentido abandonar dispositivos que tornam a vida mais confortável e completa, apenas porque eles não são suportados pelo sistema doméstico inteligente instalado. É fácil entrar nessa situação apostando em um único fornecedor ou em uma única tecnologia.

Na foto, um conjunto de soquetes controlados e um interruptor Brenin. 433MHz.

Mas temos uma casa inteligente independente de tecnologia! Portanto, estamos procurando ousadamente um dispositivo de hub para todos os componentes de 433 MHz. Esses hubs são Broadlink , por exemplo. No entanto, sua desvantagem significativa é o controle indireto, o hub deve estar conectado à nuvem. Como você se lembra do artigo anterior, acho que essa abordagem está errada, embora simples e conveniente. Como resultado, a pesquisa termina com a decisão de criar um hub simplificado no Arduino. Como periférico, conectamos um receptor e um transmissor de 433MHz ao Arduino. Em seguida, usando um esboço especial, ouvimos o código enviado pelo transmissor no comutador Brenin e aprendemos a transmiti-lo. Todos os esboços são completamente baseados em exemplos de bibliotecas e não causam dificuldades. Além disso, o código do sinal de controle pode ser representado como uma constante no openHAB e, se desejado, expandir o número de atuadores.

Hub caseiro para dispositivos 433MHz. Com o tempo, a detecção de movimento e o controle da luz na sala da caldeira foram adicionados. E controle de ar condicionado (LED-IR na capa). Além disso, para aumentar a estabilidade, a troca de dados com o openHAB foi transferida do nRF24L01 + para uma placa Ethernet ENC82J60, um fio da LAN é visível.

O que aconteceu? Acabou a iluminação controlada pelo kit sem fio na sala. Além disso, tornou-se possível controlar essa iluminação de uma casa inteligente. Como você se lembra, o problema com esses sistemas é a falta de feedback. Isso é parcialmente resolvido neste caso devido ao fato de que os comandos transmitidos ao disjuntor 433MHz podem ser interceptados pelo hub desenvolvido e enviados ao openHAB de forma elaborada, na qual a regra é acionada e o status do comutador na interface muda. I.e. O resultado foi um sistema de pseudo-feedback. Isso é melhor que nada. E, claro, está claro que essa abordagem não é adequada para gerenciar dispositivos críticos. Não é confiável e inseguro em termos de interceptação.


Um elemento de design que apareceu ao longo do tempo, uma arandela. Controlado por uma tomada e interruptor Brenin

Mais ainda. Eu queria fazer mudanças bonitas no segundo andar. E, claro, controlado remotamente. A escolha recaiu sobre os interruptores de toque Livolo . Eles também estão em 433 MHz e, principalmente, podem conectar-se "sem zero". Isso é verdade se o zero e a fase completos não estiverem conectados ao soquete e o interruptor estiver no circuito aberto da fonte de alimentação do candelabro. Embora este não seja o meu caso, vale a pena considerar essas condições de entrada. Como resultado, apareceram interruptores bonitos em casa, conectados à casa inteligente usando um hub desenvolvido anteriormente.


Conjunto de dois botões sensíveis ao toque e um controle remoto Livolo.

No entanto, existem dois "buts". O primeiro. Os disjuntores Livolo são realmente desprovidos de feedback; eles não transmitem nada. I.e. se você ativá-los à moda antiga com o dedo, a casa inteligente não verá o estado mudar. Obviamente, isso não é um obstáculo para quem faz do tipo faça-você-mesmo, mas decidi não cercar o jardim de sensores de inclusão adicionais e não integrar dispositivos Livolo mais semelhantes. O segundo Não foi possível decifrar os sinais de controle do controle remoto Livolo, adquirido completo com comutadores, com uma biblioteca padrão; tive que procurar bibliotecas desenvolvidas por entusiastas especificamente para comutadores Livolo.

Quero encerrar a conversa sobre a integração de novos componentes exatamente de onde começamos no artigo anterior: com o Z-Wave. Não importa o quão caros sejam os dispositivos Z-Wave, sua gama está se expandindo gradualmente e existem atuadores que não fazem sentido sozinhos ou que, por algum motivo, não possuem tecnologias concorrentes. O exemplo mais impressionante são as cabeças termostáticas controladas para aquecer radiadores. Wireless Outro exemplo são relés compactos e dimmers em caixas de soquete para transformar os comutadores existentes em inteligentes, sem alterar o design. Além disso, com feedback, ou seja, com controle mecânico preservado, a casa inteligente poderá ver o estado dos comutadores.
Na foto, a cabeça termostática Z-Wave Grundfos no radiador no corredor.

Como funciona a integração? O OpenHAB possui uma ligação correspondente para conectar um stick USB Z-Wave. Além disso, o openHAB vem com um aplicativo HABmin especial para configurar a rede de dispositivos Z-Wave. Portanto, conecte o pendrive Z-Wave.Me , defina o Z-Wave de ligação, execute o HABmin, adicione dispositivos à rede. Em seguida, configuramos os itens correspondentes de acordo com a documentação para encadernação, escrevemos as regras para comutadores, cabeçotes térmicos, multi-sensores e voila. Parece que tudo é simples. No entanto, isso aconteceu apenas parcialmente. O problema é que o HABmin funciona apenas com dispositivos registrados em um banco de dados aberto . Se você comprou algum dispositivo novo ou modificou um antigo que não está no banco de dados, não poderá configurar esse dispositivo. Você pode fazer uma solicitação de recebimento nesse banco de dados; no entanto, considerei essa abordagem fundamentalmente errada, pois os dispositivos Z-Wave têm uma função de autodescoberta. Essa é uma das razões da alta compatibilidade de dispositivos e controladores de diferentes fabricantes de Z-Wave. Como resultado, tive que comprar uma licença para o controlador de software Z-Wave, servidor Z-Way , que instalei no mesmo servidor / nettop que o openHAB. É usado apenas quando você precisa adicionar / remover um dispositivo à rede Z-Wave e / ou configurá-lo. O resto do tempo, o controlador do software é desligado.

Na foto - interruptores Legrand comuns. Automatizado usando micromódulos Z-Wave nas rosetas. O inferior tornou-se um dimmer.

Como resultado, obtive cabeças térmicas nos radiadores, um dimmer e interruptores no soquete, soquetes controlados que medem tensão e potência e até um multissensor (movimento, temperatura, iluminação). Note-se que eu não montei associações no nível Z-Wave, pois ainda tenho um modelo de controle centralizado. Ou seja, apesar da possibilidade de controle direto do dispositivo-dispositivo, todos eles são controlados centralmente a partir do openHAB usando regras. Bem, ou adicionalmente mecanicamente, como é o caso dos interruptores no soquete.

O que aconteceu em termos de casa inteligente:

1. Controle de luz automatizado.
2. Controlado pelas escadas no segundo andar. Dependendo do estado de proteção, um conjunto de regras alarmantes é acionado ou a luz no térreo fica acesa, para que seja fácil descer as escadas à noite. Como um sensor múltiplo é usado, a temperatura do ar também é medida.
3. Controle automatizado de vários radiadores de aquecimento. Ao armar, eles alternam para a baixa temperatura definida nas configurações para economizar energia devido a uma distribuição mais racional do calor. Além disso, o controle da temperatura noturna no quarto foi feito - ele diminui automaticamente em 1 grau para um sono confortável. E, é claro, a temperatura pode ser definida em uma casa inteligente.
4. Controle automatizado de toalheiro aquecido. Agora, ele não precisa ser ligado / desligado manualmente. Além disso, pode ser ligado remotamente, antes da chegada.

Há mais uma coisa. Até agora, falamos sobre a integração de componentes físicos em uma casa inteligente. No entanto, o openHAB permite a integração com sistemas de software. Por exemplo, com DVRs de software ou câmeras IP. Não se trata apenas de exibir imagens na interface do openHAB, o que obviamente já foi feito, mas também de reação a eventos. Por exemplo, se o gravador ou a câmera estiver configurada para detectar movimento, esse evento poderá ser enviado ao openHAB e usado no gerenciamento. Na regra acima, de acender a luz à noite ao descer as escadas, a câmera usa a detecção de movimento no primeiro andar (para não acender quando subo as escadas). Outro exemplo: no modo de segurança, você pode tirar fotos do invasor e enviar a foto por correio, e a violação pode ser detectada com um sensor de movimento PIR convencional, que é muito mais eficaz do que a detecção de movimento com uma câmera ou DVR. Além disso, o sensor PIR pode ser conectado a uma casa inteligente usando tecnologia arbitrária.


A integração com o centro de mídia Kodi também foi realizada , para isso existe uma ligação especial. Quando você inicia o vídeo, a luz se apaga na sala de estar; quando para, acende. Também fez, por precaução, o controle de uma casa inteligente pelo próprio Kodi. Usá-lo é menos conveniente que o controle remoto normal do Kore, mas é possível iniciar o Kodi a partir da interface doméstica inteligente, que o Kore não sabe.


Página de interface com o controle Kodi e o botão iniciar. Acima mostra o status do player, o nome da música, o tempo e a duração restantes.

Antecipando perguntas sobre o uso do protocolo MQTT, lembro que, com um modelo de gerenciamento centralizado, são possíveis links intermediários entre o servidor e os dispositivos, mas, é claro, reduzem a confiabilidade. Portanto, até agora, todos os vínculos de integração foram diretos, sem intermediários. No entanto, se falarmos sobre uma possível transição futura ou parcial para o gerenciamento descentralizado, como potencialmente mais extensível e mais tolerante a falhas, a escolha do MQTT é padrão. Esse é um transporte comum para pares em uma rede local.

Controlador multifuncional baseado no Raspberry Pi 3B. Um sensor de temperatura e umidade, um sensor de movimento, uma câmera, uma tomada controlada, um interruptor que se tornou um sensor são visíveis.

O OpenHAB, é claro, tem ligação para o MQTT. O próprio Mosquitto é escolhido como o próprio servidor MQTT. Mas o que instalá-lo é uma pergunta. Se você busca explícita ou explicitamente a meta de descentralização do gerenciamento, colocar o Mosquitto em um nettop, que já se tornou um ponto único de falha, está errado. E aqui a seguinte lógica funcionou. O único quarto não automatizado é uma garagem. Há algo a ser feito lá: detectar movimento, acender a luz por dentro e por fora da casa, abrir e monitorar o status das portas da garagem, realizar videovigilância, controlar a tomada de equipamentos de jardim. E até algo mais que só pode ser feito em um sistema operacional completo e que se relaciona à segurança da informação. Como resultado, a escolha recai sobre o Raspberry Pi. Possui pinos para conectar periféricos DIY padrão e Linux completo com um grande número de aplicativos portados. E a câmera de vídeo pode ser conectada a ela e transmitir o fluxo para a rede. E, o mais importante, os recursos do sistema, diferentemente do Arduino, permitem criar lógica de negócios de praticamente qualquer complexidade razoável, livrando-se do openHAB. E tudo isso pode ser programado em linguagens de programação familiares.

Como resultado, todas as tarefas acima foram resolvidas, além de um servidor MQTT aparecer na rede, através do qual a interação com o openHAB é organizada e que será usada no futuro quando novos dispositivos com controle descentralizado aparecerem.


O que aconteceu no final, se você descrever em termos de modelo as características de todo o sistema no momento da redação?

Resumo:

• Número de sensores de temperatura: 25.
• Número de pontos de controle de luz: 37, incluindo interruptores em tandem, dimmer e pontos sem interruptores mecânicos.
• Além da luz, são controladas uma bomba de poço, uma bomba de recirculação de água quente sanitária, torneiras nos galhos de aquecimento, uma caldeira, uma caldeira, portões automáticos, radiadores de aquecimento, etc. Umidade medida, tensão, corrente, iluminação, qualidade do ar, etc.

Tecnologias utilizadas:

• Software central: openHAB com ligações, Xeoma, servidor Z-Way, TTS, servidor Mosquitto, Kodi, aplicativos C / C ++ separados. SO - Ubuntu.
• Controladores locais: Arduino + nRF24L01 +, Arduino + ENC82J60, ESP8266-12, Raspberry Pi 3 B, software escrito em C ++.
• Dispositivos prontos: dispositivos WiFi USR IOT, Z-Wave (relés, tomadas, dimmer, sensor, cabeças térmicas) de diferentes fabricantes, 433MHz (interruptores com controle remoto Livolo, tomadas e comutador Brenin), gateway TCP-Modbus Schneider Electric, sensores de movimento, abertura e outros

Em vez de uma conclusão. Ainda não consideramos muitos aspectos, por exemplo, controle de voz, conversão de texto em fala, controle de infravermelho do ar condicionado, etc. Tudo isso é feito e está funcionando. O objetivo deste artigo foi mostrar a linha de raciocínio, compartilhar experiência na escolha de soluções, mostrar as vantagens de padrões e tecnologias abertas por meio de uma descrição da facilidade de integração. Tudo o que foi feito poderia ser feito de maneira diferente, melhor ou pior, mais caro ou mais barato, mais funcional ou mais confiável. Você se acostuma às coisas boas rapidamente e, depois de algum tempo, faz perguntas aos membros da família como: "Você não pode fazer isso no seu smartphone?" ou "por que esse canteiro de flores deve ser regado manualmente?" forçado a seguir em frente, a perfeição inatingível.

E também acredito nas possibilidades ilimitadas da Internet das coisas. Tudo o que foi feito se enquadra nessa categoria, mas essa é apenas uma pequena parte. Se, depois de ler este artigo, o número de entusiastas da IoT aumentar um pouco, considerarei minha tarefa como totalmente concluída.