Как сделать умный дом своими руками arduino, knx

Управление умным домом с компьютера

Жители квартир и домов тратят много времени на регулирование множества процессов в своем жилье: включение и выключение электроприборов и света, видеонаблюдение. Однако не все знают, что эти и другие процессы можно автоматизировать, управляя соответствующей техникой с обыкновенного настольного компьютера, который есть у каждого.

Управление домом с компьютера — идея логичная. А появилась она даже до начала массовых продаж в магазинах комплексов автоматизации. Таким образом, сконструировать «умный дом» своими руками теперь может каждый владелец жилья – компьютер в этой системе выступает ключевым узлом. Установить его можно непосредственно в комнате или в отдельном шкафу.

Пользовательский компьютер выполнит все «умные» функции, а сигнал с внешних датчиков проходит по стандартным каналам TCP/IP или USB. Удобство создания такого узла объясняется еще и тем, что больше половины производителей выпускают технику на основе проводного подключения, которая снабжена адаптерами (чтобы подключить ее к компьютеру или ноутбуку). Возможный вариант работы с аналоговыми или же цифровыми сигналами — модуль для вывода и ввода, подключающийся посредством USB. Возможности такого устройства недостаточны, а сама автоматика подойдет для сигналов, имеющих уровень 0—5 вольт. Чтобы преобразовать полученный сигнал, в таком комплексе используются формирователи и преобразователи.

Управление домом с компьютера

Элементы умного дома

Элементы домашней автоматизации включают в себя датчики (например, температуры, дневного света или обнаружения движения), контроллеры и приводы, таких как моторизованные клапаны, выключатели, двигатели и другие.

Фото — Схема управления дома

ОВК

Это отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, ОВК может контролировать температуру и влажность, к примеру, термостат интернет-контроля позволяет домовладельцу удаленно управлять системами отопления и кондиционирования воздуха здания, система может автоматически открывать и закрывать окна, включать радиаторы и котлы, теплый пол.

Освещение

Эти механизмы управления освещением могут быть использованы для управления бытового света, техники. Также сюда можно отнести систему естественного освещения, работу жалюзи или штор.

Фото — Схема умного дома

Аудио-визуальная

Эта категория включает в себя аудио-, видеосигналы для безопасности. Сюда входят:

• Эффект присутствия дистанционного управления (Это самая современная технология, которая применяется для увеличения безопасности). Заключается в зажигании света, музыкальном сопровождении.
• Имитация присутствия
• Регулирование температуры
• Регулировка яркости (электросветильники, уличное освещение)
• Безопасность (сигнализация, жалюзи).

Регулировка температуры

Для регулировки температуры нужен интеллектуальный термодатчик, кондиционер и обогреватель. Последние два могут быть с поддержкой «умного» управления или без нее, рассмотрим оба варианта.

Если кондиционер или обогреватель из коробки поддерживает синхронизацию с «умным» домом, то после включения достаточно просто добавить их в соответствующее приложение, а затем настроить различные сценарии использования. Важно проследить, чтобы кондиционер был совместим с «умным» домом. Проверить поддержку той или иной системы можно в описании к устройству. А еще производители гаджетов для «умного» дома в фирменных интернет-магазинах сразу продают и совместимые с ними кондиционеры и обогреватели. Например, на сайте Rubetek можно найти в продаже конвекторы Electrolux или кондиционеры Haier, которые поддерживают работу с «умным» домом Rubetek.

Если же у вас старый кондиционер или обогреватель и менять его ради «умного» управления вы не хотите, можно воспользоваться одним из двух способов. В случае с кондиционером подойдет подключенный к беспроводной сети пульт, который может имитировать сигнал пульта кондиционера и управлять им дистанционно. С помощью такого пульта можно без проблем сделать кондиционер частью «умного» дома.

Для обогревателей можно использовать «умную» розетку, задав простую логику: «если температура опускается ниже 20 ºC, то розетка включает обогреватель, если поднимается выше 25 ºC — выключает». Перед ее использованием нужно убедиться, что розетка рассчитана на мощность обогревателя.

Регулировка температуры может также пригодиться, если требуется заранее охладить или нагреть комнату, например перед возвращением домой с работы. В этом случае можно включить кондиционер или обогреватель со смартфона заранее. Или привязать их включение к местоположению смартфона в заданном промежутке времени.

Настройка Home Assistant

На данном сайте можно найти уроки по установке и настройке Home Assistant. Для удобства привожу полный список:

Добавление плана помещения с расположенными на нем умными устройствами и дальнейшее управление приборами простым нажатием на иконку. Захотели включить или выключить свет в определенной комнате — нажали на соответствующую лампочку. Посмотреть определенную камеру — нажали на ее иконку и получили изображение. Посмотреть историю открытия входной двери или последнее замеченное движение в коридоре? Тоже не проблема — нажимаем на нужный значок и получаем всю необходимую информацию.

Одна из самых полезных функций — выключение света во всей квартире одним нажатием на нужный значок. При наличии охранных датчиков можно так же легко управлять и постановкой квартиры на охрану.

Открытое ПО для управления умным домом

По мере развития оказалось, что сетей из умных гаджетов и узлов на основе Arduino или других открытых микрокомпьютерных платформ недостаточно, чтобы построить полноценную систему умного дома. Нехватало центральных процессоров и качественных пользовательских интерфейсов, которые играют заметную роль в популярных проприетарных системах умного дома, таких как Control4 или Vantage. Благодаря усилиям энтузиастов по всему миру стали появляться открытые программные платформы, которые решают и эту проблему. В настоящее время среди таких DIY-платформ (Open-source DIY home automation platform) наиболее известны:

— одна из наиболее популярных открытых платформ с большим и активным сообществом разработчиков и последователей. Платформа реализована на Java и из-за этого считается тяжеловесной. Вместе с тем, именно это обстоятельство позволяет разворачивать OpenHAB на любых системах с поддержкой Java (Windows, Linux, MacOS, Raspberry Pi, PINE и др.). Разработано большое количество драйверов под эту платформу для подключения самого разного оборудования. Поскольку платформа не ориентирована ни на одного производителя, то наличие драйвера под определенное устройство определяется в большей степени его популярностью. Чем более известен и распространен на рынке конкретный гаджет, тем выше вероятность, что под него уже есть (или скоро будет написан) драйвер под OpenHAB. Система имеет достаточно аскетичный дизайн, поддерживает голосовое управление, мобильные приложения для iOS и Android, интегрируется с Apple HomeKit (то есть управление возможно с устройств Apple вообще без установки каких-либо приложений). Имеется возможность увязать друг с другом события, происходящие в доме, и настроить поведение устройств в зависимости от таких событий. — динамично развивающаяся открытая платформа, имеющая большое сообщество русскоязычных пользователей. MajorDoMo поддерживает множество протоколов связи и большое количество оборудования от различных производителей. В целом концепция MajorDoMo не сильно отличается от концепции OpenHAB, но она реализована на совершенно другой программной архитектуре. Здесь используется Apache + PHP + MySQL, что также позволяет развертывать MajorDoMo на множестве разных платформ (Windows, Linux, Raspberry Pi). Поддерживается голосовое управление, есть возможность интеграции с Apple HomeKit. В целом развитие MajorDoMo подпитывается теми же идеями, которые реализуются в системе OpenHAB. Вместе с тем, MajorDoMo больше ориентируется на русскоязычное сообщество, а в плане архитектуры обладает несколько большей гибкостью, но и требует более специфического программирования при построении системы умного дома. MajorDoMo может брать на себя любые фунции по управлению устройствами, реагировать на события, рассылать уведомления. Сервер с системой MajorDoMo по сути берет на себя роль главного процессора в системах с централизованной архитектурой. ioBroker — один из «новичков», который быстро завоевывает авторитет и популярность, благодаря своей продуманной и универсальной архитектуре. ioBroker разработан на платформе Node.js (также как и HomeBridge). Благодаря этому, его можно развернуть и запустить практически на любой операционной системе или виртуальной машине: Windows, Mac, Linux, в контейнере Docker и даже на Android. Это позволяет масштабировать систему исходя из потребностей. Система имеет визуальный редактор планов помещений. Легко интегрируется с любыми MQTT-серверами (или брокерами), а также сама выступает в качестве MQTT-сервера/брокера для IoT-устройств, поддерживающих протокол MQTT. Большой упор сделан на возможности удобной настройки и конфигурации, что по сути составляет не менее половины функциональности всей системы, в отличие от OpenHAB или, например, FHEM, где настройки задаются посредством конфигурационных файлов. Имеется русскоязычное сообщество.

IoT Manager — это программное обеспечение для домашней автоматизации, которое не является полноценной системой управления умным домом, но может использоваться как средство мониторинга и передачи простых команд посредством протокола MQTT. Продукт сфокусирован на визуализации управления, отображении графиков и пр. на мобильных устройствах. Сами мобильные приложения не имеют собственной логики, которая должна быть реализована исключительно в оконечных устройствах. Приложение обращается непосредственно к устройствам с использованием шины MQTT и через нее же получает ответы, которые тут же визуализирует в графическом виде. IoT Manager представляет из себя гибридное (не нативное) приложение, созданное с помощью Ionic Framework, на HTML5 и AngularJS, обмен с брокером реализован на Paho, который обеспечивает полное соответствие стандарту MQTT.

Данный список является далеко не полным. Энтузиастами по всему миру также разработаны такие системы как: Calaos, DomotiGa, Freedomotic, Jeedom, MyController.org, PiDome, Pimatic и другие.

Важно понимать, что все перечисленные выше системы представляют из себя только лишь программные оболочки и предназначены для того, чтобы управлять каким-то оконечным оборудованием, из которого и состоят подсистемы умного дома. Концепция DIY предполагает совместное использование самых разнообразных устройств, в качестве которых могут выступать и умные гаджеты от известных производителей, и noname-оборудование со всех концов света, и какие-то подсистемы и исполнительные механизмы, полностью собранные пользователем самостоятельно из отдельных блоков и компонентов. Такая программная оболочка должна быть установлена на каком-то компьютере, в качестве которого может выступать обычный ПК или небольшой сервер. Очень часто в качестве упомянутого «сервера» принято использовать недорогие микрокомпьютеры типа Raspberry Pi или подобные.

Данный микрокомпьютер с установленной на нем программной составляющей становится по сути центральным процессором умного дома и берет на себя задачи по управлению логикой работы и взаимодействию различных подсистем умного дома. Для непосредственного взаимодействия с самими этими подсистемами управляющий микрокомпьютер должен быть оснащен соответствующими интерфейсами (Z-Wave, ZigBee, USB, Ethernet, Modbus, 1-Wire и т.п.).

Написание собственных модулей

Помимо того, что пользователь может создавать сложные сценарии штатными средствами, программа позволяет “расширять” ее пользовательскими модулями на C#. Все элементы действий и проверок в сценариях (такие как “Проверка по дате”, “Показать сообщение”, “Действие Modbus”, “Действие ZWave” и т.п.) это классы, унаследованные от ICustomAction и ICustomChecker. Следуя определенным правилам, любой пользователь может создать свой модуль, который может быть как очень простым (например, озвучивание текущей температуры воздуха за окном), так и сложным, за которым может крыться целый фреймворк. Достаточно наследоваться от интерфейсов ICustomAction или ICustomChecker, расставить несколько атрибутов, скомпилировать DLL и добавить в программу через вкладку “МОДУЛИ” (полная инструкция создания модулей).

Вкладка «МОДУЛИ»

*пока только OS Android

Сценарии отображаются на главном экране и в категориях. Категория является виртуальной “папкой”. При запуске сценария обновляется статус соответствующей кнопки.

Экран настроек соединения	Экран с запуском сценариев

Помимо этого, есть возможность запускать сценарии из меню быстрого запуска на PC.

Меню быстрого запуска

В дальнейшем планируется клиент для UWP, IOS, web, а так же голосовой модуль для управления устройствами (планы на ближайшее будущее) и создания сценариев с помощью голоса (стратегические планы).

P.S.: Если нашли ошибку в программе, то пожалуйста, перешлите её на почту.