Планирование системы домашней автоматизации своими руками: 12 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Цель этого руководства не в том, чтобы рассказать вам, как вы можете делать то, что вы хотите, чтобы ваш дом делал. Вместо этого он был написан, чтобы воплотить идею в жизнь, но также превратить безумие в здравомыслие, понимая пределы (технология, стоимость, необходимое время, безопасность…).

В Интернете есть много очень хороших руководств и статей, чтобы понять многие вещи в очень подробных деталях. Это не то, что мы хотим. Мы хотим получить полную картину. Какие основные навыки мы можем изучить или улучшить. Что мы должны трогать.

Это касается таких основных вещей, как:

• Что такое домашняя автоматизация? Сначала проверьте, соответствует ли это вашим ожиданиям.
• Когда начать? Довольно просто, начните с того места, где находитесь, возможно, дома. Вы знаете это наизнанку?
• Что я могу сделать? Ни о чем, кроме как планировать и знать свои пределы. Сюда входит и остаться в живых (работает каждый день, в том числе и вечером).
• Какие части этой головоломки? Более сложные, есть много форм, и очень легко потерять некоторые части. Мы постараемся просто сохранить рассудок.
• Как это сложить? Это становится более конкретным, мы фактически ДЕЛАЕМ. Х * л да!

Кроме того, это руководство теперь также доступно на моей личной странице:

Шаг 1. Что такое домашняя автоматизация?

Поиск в Google "домашняя автоматизация" дал 33 миллиона результатов. Этого либо более чем достаточно, либо слишком много.

Первый результат, статья в Википедии (конечно же), гласит:

«Домашняя автоматизация или умный дом [1] (также известный как домотика или домотика) - это жилое расширение автоматизации зданий и включает в себя управление и автоматизацию освещения, отопления (например, интеллектуальных термостатов), вентиляции, кондиционирования воздуха (HVAC) и безопасность, а также бытовую технику, такую как стиральные машины / сушилки, духовки или холодильники / морозильники, которые используют Wi-Fi для удаленного мониторинга. Современные системы обычно состоят из переключателей и датчиков, подключенных к центральному концентратору, иногда называемому "шлюзом", с которого система управляется с пользовательским интерфейсом, который взаимодействует либо с настенным терминалом, программным обеспечением мобильного телефона, планшетным компьютером или веб-интерфейсом, часто, но не всегда, через облачные интернет-сервисы ».

Что там написано?

• Умный дом: сделать дом «осведомленным» о себе или дать ему возможность что-то делать.
• Жилой сектор: сосредотачиваясь на DIY, не пробуйте это на работе:) Кажется, это то, что мы хотим осветить.
• Автоматизация зданий: действительно, как ленивый компьютерщик, я хочу, чтобы компьютер делал то, что я не хочу делать сам. Обычно проверяют ворота гаража, включают / выключают отопление и так далее. Большой!
• Переключатели и датчики: смотрите на это как на глаза и пальцы дома, без того и другого ничего не получится.
• Центральный узел: Значит, этому умному дому нужен мозг? Интересно. Один мозг, чтобы править всем. Это будет контроллер.
• Взаимодействие: у дома может быть своя жизнь, но мы хотим быть ее частью. Это наше место. Подождите, а как поговорить с домом? Это устройства / узлы.
• Облачные интернет-сервисы: мне это не нравится, какая-то машина где-то не должна знать, что у меня включена стиральная машина. Но это личное. Не забывайте, что «облака не существует, это чужой компьютер». Подождите, служба - это гораздо больше, чем компьютер. Путешествовать на самолете - это больше, чем иметь собственный самолет. Однако самодельный аспект воздержится от внешней помощи / обмана.

Итак, если подвести итог, мы получим: я хочу поставить экран, чтобы моя бытовая техника делала то, что я хочу. Практически то, что мы ожидали.

Напоминаем, что мы не собираемся касаться технических аспектов, таких как протоколы, поставщики, поставщики и тому подобное. Это проект DIY. Как любитель, я не знаю всех подробностей об элементах, составляющих эту галактику. Я хочу начать с знания своего дома. Поэтому я в основном поделюсь своим личным опытом.

Однако я просто проигнорирую все поставляемые в комплекте решения, поскольку это не то, что нам нужно. Это руководство может пригодиться, если вы просто хотите разобраться в основных понятиях.

Примечание: нас не волнует размер вашего дома. Небо - предел. Большая часть этой статьи была написана с помощью нескольких устройств на моем столе.

Шаг 2: общая картина

Контрольный список:

• У тебя уже есть идеи?
• Составьте список того, что вы хотите смоделировать: здания, этажи, комнаты, системы, бытовая техника…
• Составьте список того, что вам НЕ нравится: возможно, вы хотите пропустить оборудование для обеспечения безопасности или контроль доступа.
• Расставьте приоритеты: для истинного DIY большую часть времени вы будете одни. Сосредоточьтесь на достижениях.
• Оцените стоимость: исключите то, что, по вашему мнению, является слишком дорогим или не стоит того.
• Оцените навыки: в настоящее время я не могу что-либо проектировать в 3D, но все же это навык, который я хотел бы приобрести.

Если вы зашли так далеко, теперь у вас должно быть довольно хорошее представление о том, чего вы хотите достичь. Для этого наставления я предполагаю кое-что из своего собственного опыта:

• В доме примерно 15 комнат. Это довольно много, чтобы «просто что-то начать».
• Сосредоточусь на нагреве: отслеживаю температуру и включаю / выключаю нагрев.
• Использую дешевые клоны D1 Mini от Али Экспресс. Несколько месяцев назад у меня даже паяльника не было.
• Я действительно хочу использовать это, я постараюсь добраться до «корпусов, напечатанных на 3D-принтере, установленных по всему дому». Еще не выполнено…
• Есть некое измерение «принятия жены». Это должно быть полезным И пригодным для использования.

Обратите внимание, что в прошлом я создал устройство открывания гаражных ворот на основе Raspberry Pi, ЖК-дисплея, пары переключателей и реле. Некоторый код Python склеивает это вместе. В какой-то степени мне интересно объединить это с инструкциями, чтобы получить правильную архитектуру. Это часть «принятия жены», домашняя автоматизация должна выполняться с помощью единого интерфейса.

Шаг 3: Моделирование вашего места

Немного теории

Домашняя автоматизация предполагает наличие контроллера, которому разрешено знать обо всем. Он также перешлет ваши заказы на дом.

Устройства будут разбросаны повсюду. Лучше знайте, где вы хотите, чтобы они были.

Если у нас есть интеллектуальный контроллер, он должен иметь возможность связываться с устройствами.

Wi-Fi - это естественный путь, даже если он не так распространен. Существует так много протоколов, что трудно выбрать.

Отказ от ответственности

Да, это технический вопрос, извините. В любом случае я хочу показать реальные вещи, поэтому нам нужны физические и программные компоненты. Я снова говорю о том, что на самом деле использую. Извините, есть много способов решить такие темы: -O

Переходя на новый уровень

Теперь существует множество способов связи между «контроллером» и различными «узлами». Что касается планирования, уже определите, как это должно работать в вашем доме. Определение среды связи поможет определить, где разместить контроллер и устройства.

• Связь между контроллером и устройствами: беспроводная или проводная?
• Электропитание: от розетки, от аккумулятора или от солнечной батареи?
• Кейс: это тест на вашем стенде, альфа-оборудовании, где можно проложить кабели, или вы хотите интегрировать его в мебель / бытовую технику?

Как поясняется ниже, для примера мы будем использовать Homie-ESP8266. Это прошивка для контроллеров ESP8266, использующих WiFi и MQTT. Его автор так описывает:

«Экземпляр физического оборудования (Arduino, ESP8266…) называется устройством. Устройство имеет свойства устройства, такие как текущий локальный IP-адрес, сигнал Wi-Fi и т. Д. Устройство может открывать доступ к нескольким узлам. Например, погодное устройство может предоставлять узел температуры и узел влажности. Узел может иметь несколько свойств узла. Узел температуры может, например, предоставлять свойство градусов, содержащее фактическую температуру, и свойство единицы измерения. Свойства узла могут быть диапазонами. Например, если у вас есть светодиодная лента, вы можете иметь светодиод свойства узла в диапазоне от 1 до 10 для независимого управления светодиодами. Свойства узла можно настраивать. Например, вы не хотите, чтобы свойство градусов было настраиваемым в случае датчик температуры: это зависит от окружающей среды, и нет смысла его менять. Однако вам нужно, чтобы свойство градусов было настраиваемым в случае термостата.

Резюме

Тебе нужно:

• Один центральный контроллер, на котором размещается ваш сервер домашней автоматизации. Я буду использовать PiDome на Raspberry Pi.
• Одно или несколько устройств для мониторинга и взаимодействия с вашим домом. Я буду использовать D1 Mini и Homie.
• Сеть, соединяющая все это воедино.
• Решите, как питать устройства (аккумулятор, адаптер, от главного устройства…). Для тестирования я использую либо USB-порт компьютера (и последовательную отладку), либо зарядное устройство для телефона.

Шаг 9. О контроллере…

Аппаратная часть

Мы будем использовать Raspberry Pi в качестве хозяина дома. RPi будет отвечать за:

• Хранение данных о доме
• Агрегирование данных с устройств
• Представление данных пользователю
• Отправка заказов на устройства

С аппаратной точки зрения для всего этого достаточно одного RPi. Он почти автономен и будет без проблем работать из вашего подвала (Эй! Это ваш первый домашний дата-центр в подвале ?!:-D).

Возьмите какой-нибудь комплект (RPi, блок питания, SD-карта…), и все готово.

Примечание о Wi-Fi: можно запустить RPi через Wi-Fi, однако я считаю, что гораздо более стабильно подключить его к домашнему маршрутизатору с помощью стандартного кабеля RJ45.

Примечание о RPi Zero: точный выбор оборудования, который вы должны сделать, зависит от того, что вы хотите. RPi Zero, похоже, также почти так же хорош, как RPi 3 для этой работы. Zero намного дешевле, но для его работы требуется гораздо больше мелких деталей. Однако это лучший выбор для встраиваемых устройств. Последняя версия Raspberry Pi Zero W теперь даже поставляется с Wi-Fi и Bluetooth!

Программная часть

RPi - это одноплатный компьютер, поэтому он довольно ограничен с точки зрения диска / процессора / оперативной памяти. Для этого мы полагаемся на облегченные операционные системы, ориентированные на Linux. Для этой работы Raspbian, вероятно, является нашим лучшим выбором, поскольку это своего рода ОС по умолчанию для RPi.

Говоря о домашней автоматизации, означает, что вам нужно дополнительное программное обеспечение для управления устройствами. Мой выбор - PiDome (скачать).

Шаг 10: Об устройствах

Аппаратная часть

Следующие шаги будут полагаться на Wemos D1 Mini (или более дешевые клоны:)). Эти микроконтроллеры основаны на модулях ESP-8266. Это объединяет на одной небольшой плате (34,2 мм * 25,6 мм): WIFI, ЦП, RAM, Flash, цифровые контакты и аналоговый контакт в корпусе 10 гр. Если вам нужно больше места для флеш-памяти, проверьте Wemos D1 Mini Pro. Вы можете купить для него экраны, чтобы добавить реле, DHT22, кнопку, OLED-экран … Одним из них является экран аккумулятора, который позволяет устройству работать полностью в беспроводном режиме.

Наличие нескольких миниатюрных макетов без пайки и перемычек поможет создать прототип вашего будущего дома. Если вам нужны индивидуальные чехлы для ваших устройств, знания о 3D-дизайне и доступ к 3D-принтеру еще больше повысят ваш уровень компьютерного энтузиазма. Но что может быть домашней автоматикой, если у вас нет датчиков, светодиодов, резисторов, конденсаторов и так далее?

Я включил свое "офисное устройство" на фото, это простой макет + D1 Mini + DHT22 + OLED-экран. Светодиоды и ИК в настоящее время не используются.

Программная часть

Поскольку ESP-8266 - довольно распространенная микросхема, вы найдете множество набросков для нее. Я просто поленился и воспользуюсь отличным ПО Homie for ESP-8266 от Марвина Роджера. Однако это руководство не является руководством по Homie.

Шаг 11: корпус устройств

Корпуса - это то, что вы ожидаете. Я уже упоминал о таких вещах, как макет, картон (например, моя альфа-модель Garage Opener), коробки с повышенным циклом (мой Garage Opener в коробке с винтом), коробки для проектов или корпуса для 3D-принтеров. Как обычно, предел - ваше воображение.

Имейте в виду, что вам нужно будет установить электронику, которую вы планируете развернуть. Независимо от того, насколько это может быть больше, меньше означает, что идти нельзя.

Если вы следите за объектами окружающей среды, такими как температура или свет, убедитесь, что правильно расположили их. Вы, вероятно, хотите предотвратить (почти) любой ценой размещение датчика на прямом солнце. Установка датчика PIR - та же история, убедитесь, что диапазон в норме и что он охватывает все, что вы от него ожидаете.

Приведенные ниже предположения основаны на автономном мониторе температуры / влажности с питанием от батареи.

Типичное устройство должно будет включать в себя:

• Микроконтроллер, в нашем примере это D1 Mini, размер: 34,2 мм * 25,6 мм.
• Между 0 и многими датчиками, возьмем DHT22: 27 мм x 59 мм x 13,5 мм.
• Блок питания, D1 Mini требует 5V, использование Battery Shield выглядит как план: 34,2 мм * 25,6 мм
• Батарейный блок, для защиты батарейного отсека, мы рассмотрим литиевый батарейный блок 3,7 В: 40 мм * 25 мм * 6 мм
• Немного места для проводов, переключателей, светодиодов… Просто возьмите с AliExpress несколько товаров (светодиоды, перемычки, резисторы).

Опять же, просто выберите то, что вам удобно.

На заметку: пора изучить 3D-дизайн:-(

Шаг 12: Заключительные слова

Когда пришло время писать эту последнюю главу, я задумался: «Что было достигнуто?».

Ответ довольно прост и соответствует теме: сэкономьте время и спланируйте дела. Это сделает весь проект более последовательным. Домашняя автоматизация не так проста, как покупка беспроводной розетки в местном магазине. Это намного больше.

На данном этапе мне все еще интересно, какова экономия. Мы действительно заботимся?

Было ли это поучительно? Довольно много, достижение получено!

Пожалуйста, проверьте мои другие инструкции, я планирую написать более практичные. Мне очень понравилось, что я трачу время на написание этого.