Создаем «умный дом» под управлением Андроид. Умный дом с android

С помощью современных смартфонов можно не только совершать звонки и играть в игры. Все больше эти устройства нам заменяют офис, а также могут использоваться в системе «Умный дом». Существует масса приложений, благодаря которым можно управлять отоплением, освещением, телевидением и другими устройствами в своем доме. Благодаря им можно увеличить безопасность вашего жилья и уменьшить энергозатраты.

Навигация

С помощью смартфонов, включенных в систему «Умный дом», можно узнать, не забыли ли вы закрыть окна и выключить свет. Современные системы позволяют узнать, не пробрался ли в ваш дом злоумышленник, пока вас не было. Для этого необходимо установить специальные датчики в квартире или загородном доме. Их сигнал можно вывести на свой смартфон и больше не бояться за то, что нажитое вами добро попадет в чужие руки.

Тоже самое можно сделать и с системой отопления. Достаточно настроить термостат на управление с мобильного телефона и выставлять комфортную температуру находясь за пределами своего жилья. Зачем топить дом тогда, когда вас в нем нет? Но и ждать, когда дом нагреется, придя зимой с холодной улицы тоже не резон.

Чтобы управлять своим домом на расстоянии, разработчики мобильных приложений, выпустили большое количество программ для операционных систем iOS и Android . Давайте остановимся на них подробнее.

Netatmo Welcome: Камера с технологией распознавания лиц

Компания Netatmo известна всем, кто интересуется умными устройствами для вашего дома. Не так давно этот разработчик выпустил свое приложение для популярных мобильных операционных систем, с помощью которого можно существенно улучшить безопасность вашего жилища.

К сожалению, это приложение может работать только совместно с видеокамерой, которую можно приобрести в компании Netatmo за 20 тысяч рублей. Такое устройство может идентифицировать людей по их лицам. Но, если лицо человека не будет «знакомо» такому устройству, то оно передаст фотографию на смартфон владельца.

Кроме того, камера может вести запись людей, входящих в ваш дом. Файлы такой записи хранятся как в самой камере (на SD-карте), так и передаются по FTP на удаленный сервер.

Если вы дома, то не спешите отключать устройство. Ведь среди дополнительных функций такого девайса – информирование о задымлении, выявлении опасных звуков и т.п.

Yale ENTR: Открываем входной замок с помощью смартфона

Еще несколько лет тому назад нельзя было представить того, что дверь можно будет открыть без использования ключей. Сегодня все больше используются для этих целей смарт-карты, кодовые замки и другие устройства. Но, в наше время, когда мобильный телефон имеет столько возможностей, грех его не использовать и в этой цели. Сделать это можно с помощью приложения ENTR Smart Lock.

Это приложение работает совместно с «умным» замком ENTR. Для его открытия достаточно включить приложение и провести на экране пальцем сверху вниз. При этом, активируется защитное соединение Bluetooth Low Energy, открывая замок.

С помощью приложения ENTR Smart Lock можно открыть дверь в ваш дом и на расстоянии. Правда, в пресс-релизе компании-разработчика не упоминается о том, как это сделать, если используется для этой цели технология Bluetooth, ограничивающая расстояние от замка до смартфона.

Кстати, купить «умный» замок ENTR можно за 30 тысяч рублей.

Gigaset Elements: Защищаем дом от злоумышленников

Хоти защитить свое жилье, потратив при этом всего 15 тысяч рублей? Сделать свой дом более безопасным можно с помощью комплекта Gigaset Elements, стартовая комплектация которого стоит вышеназванную сумму. В этот комплект входит датчик взлома двери, датчик движения и центральный пункт управления.

После того, как система обнаружит проникновение посторонних лиц в ваш дом, с центрального пункта управления будет отправлено сообщение об этом факте на смартфон владельца. Что касается обратной связи, то с помощью смартфона можно устанавливать режимы присутствия и отсутствия дома.

Можно включить в такую систему датчики открытия окон, сирену и камеры слежения. Но, тогда цена комплекта существенно увеличиться.

Panasonic Home Network: Управление системами на расстоянии

Известная компания Panasonic тоже не стоит на месте. Этот японский разработчик предложил своим клиентам систему безопасности Smart Home. Эта система объединяет несколько датчиков (двери, окна, протечки воды, разбития стекла и т.п.). Их главная обязанность оповестить владельца дома о форсмажорных обстоятельствах. Датчики синхронизируются со смартфоном по средствам мобильного приложения Network System и интернет-соединения.

Стоимость набора датчиков Starter Kit Plus (около 20 тысяч рублей). В систему от Panasonic можно включить и другие модули. С их помощью можно не только «ждать» сигнала, но и самому наблюдать за тем, что происходит в вашем доме. При этом «картинка» будет выводиться на смартфон владельца «умного» дома.

eQ-3 Homematic IP: Регулируем температуру в доме на расстоянии

Еще одна известная компания, работающая в сегменте «умный» дом, eQ-3 предложила пользователям возможность удаленного управления температурой. Для этого она выпустила приложение, с помощью которого можно регулировать радиаторными термостатами находясь на работе, в гостях или в другом месте, далеко от своего дома.

Минимальный набор датчиков и центрального пульта управления такой системой стоит около 10 тысяч рублей. С помощью приложения Homematic IP, владелец дома выставляет комфортную для него температуру. Для снижения энергозатрат можно уменьшить интенсивность отопления в то время, когда дом пустует и увеличить перед приходом.

NooLite: Умный дом

Еще одно приложение, которое можно включить в свою систему «умный» дом. Ее главная задача — это управление светом на расстоянии. Для этого, все осветительные приборы должны быть снабжены радиоуправляемые выключатели системы nooLite и объединены в единую систему через Ethernet-шлюз PR1132. После чего можно включать и отключать свет с помощью смартфона и установленного приложения NooLite: Умный дом.

Также, это приложение можно синхронизировать и с другими датчиками, установленными в доме. Например, датчиками влажности, температуры и т.п. Их данные также будут поступать на смартфон с помощью описываемого приложения.

Philips Hue: Регулировка освещения на расстоянии

Это приложение, как и предыдущее, поможет «разобраться» с освещением. С помощью Philips Hue можно менять цвет испускаемого света, настраивать автоматическое включение и выключение света. При наличии соответствующих датчиков можно запрограммировать освещения так, чтобы оно выключалось после того, как дом покинут его владельцы.

Минимальный набор из трех цветных ламп Е27 и хаба Hue Bridge для создания такой систему обойдется в 17 тысяч рублей.

Создать систему «умного» дома очень просто

Для того, чтобы создать систему «умного дома» нет нужды в штроблении, сверлении и прокладки новой проводки в доме. Ведь, большинство приборов, которые будут включены в такую систему достаточно оснастить Wi-Fi или Bluetooth-модулем.

По средствам радиосигнала, они будут передавать данные на центральный пульт, который снабжен роутером. А уже он передаст всю интересующую владельца такого дома информацию на его смартфоны или планшет.

Видео. Настоящий умный дом. Гаджеты, устройства и новые технологии

Управление Умным Домом с помощью смартфонов на платформе Android

Концепция «Умного дома» уготовила особое место для мобильных технологий. До недавнего времени это перспективное направление не находило широкого применения, оно больше считалось эксклюзивным. Но сейчас ситуация изменилась коренным образом, стало возможным управление «Умным домом» с помощью смартфонов или планшетов, в которых использована платформа Android. Это дает возможность постоянно иметь при себе мобильное устройство управления, которое предназначено для организации связи с интернетом, деловых записей, звонков и прочих функций. Открытый беспроводной протокол предоставил возможность управления домом при помощи планшета с операционной системой Android, так как имеет доступ к приборам и устройствам, находящимся в доме и подключенным к электросети.

Отдельные попытки, предпринимаемые ранее, оборудовать бытовые приборы автоматикой, не смогли наделить дом или квартиру интеллектом. Сейчас обычный смартфон или планшет, может стать универсальным пультом дистанционного управления, благодаря которому можно будет как выключать в комнатах , так и включать телевизор или кофеварку. Но, перечисленные функции - это далеко не все возможности системы. Наличие мобильной консоли считается готовой платформой для любых приложений, которые могут не только вести правильный учет продуктов в вашем холодильнике, но, и эффективно управлять потреблением электрической энергией, отопления, что обязательно скажется на экономии семейного бюджета. Сам смартфон с платформой Android - это звено коммуникации между владельцем и «умным домом». Благодаря уровню покрытия мобильной связи, оставаться на связи со своей квартирой, даже находясь на большом расстоянии от нее, не составит никакого труда.

В настоящее время осуществляется выпуск специальных приборов, позволяющих осуществлять интеграцию различных «умных» элементов дома. Сам процесс управления происходит через доступный к пониманию интерфейс при помощи смартфона или планшета. Для этой цели можно использовать не только смартфон, но и консоль операционной системы Android. В интеллектуальной сети могут быть объединены совершенно разные группы приборов: системы вентиляции, отопления, водоснабжения, а также система управления шторами, дверями, электроосвещением и прочее. Приложение, установленное на телефоне, может отражать - сколько потрачено в доме электроэнергии, состояние охранной системы, климатическая обстановка в доме. Оно может распознавать конкретные аварийные ситуации в доме (утечку газа или воды, возникновение пожара, проникновение посторонних лиц в дом) и вовремя направить сигнал - в службу спасения, милицию или на электронную почту. Соблюдая меры , связь может вестись с использованием шифрованного соединения (такого же, как для транзакций при финансовых операциях). Это делается с единственной целью - во избежание подсоединения посторонних лиц к управлению домом.

Совсем недавно в свет вышла новая платформа Android Home, основным назначением которой является объединение всех устройств системы «умный дом». Данная операционная система очень интенсивно развивается и уже сегодня дает большие возможности по децентрализации управления системой «умный дом» с помощью мобильных устройств на базе ОС Android.

Теперь появилась возможность управления телевизором, спутниковым ресивером, стиральной машиной, диммерами в доме и светильниками с помощью любого устройства имеющего за основу платформу Android. Управление данными устройствами и подсистемами происходит посредством интернет соединения, что делает мобильное устройство универсальным пультом, позволяющим управлять процессами в доме из любой точки планеты. Кроме управления системами в доме, разработчик ОС Android всемирно известная компания Google предлагает интеграцию системы мультирум с развлекательными сервисами от компании Google. Это делает возможным распространение развлекательного медиа-контента с очень большой скоростью, у пользователей появляется возможность наслаждаться любимой музыкой или просмотром легендарного фильма прямо из интернета. Интеграция данных возможностей в систему мультирум делает возможным использование данных услуг практически в любом месте дома.

Концепция построения системы «умный дом» на базе платформы Android призвана облегчить управление системой посредством использования любого мобильного устройства на идентичной операционной системе. Говоря про аналоги, Z-Wave или ZigBee, хочется заметить, что они пригодны для управления системой охраны или климат-контроля, но при децентрализованном управлении развлекательными системами операционной системе Android пока нет достойных конкурентов.

На сегодняшний день тема умного дома становится достаточно актуальной и популярной, что естественно повышает спрос на системы умного дома. В связи с этим в интернете появилось много энтузиастов по этой теме. Предлагают очень интересные варианты таких систем. Решения разнообразные и довольно интересные, значительно снижающие стоимость системы в сравнении с имеющимися на рынке готовыми системами умного дома. Так как я занимаюсь как раз автоматизацией различных технологических процессов (АСУТП) то меня это тема так же заинтересовала. В связи с этим и подход к разработке системы умного дома будет соответствующий, базирующийся на основах построения АСУТП.

На мой взгляд, система умного дома должна быть децентрализованной.

Централизованная система. Децентрализованная система.

А именно чтобы не было единого блока, на котором всё завязано, так как при сбое в работе или выходе из строя такого блока “ложится” вся система. В моем варианте система разделена на блоки по функциональности. Основное разделение проведено между контроллером, выполняющим непосредственно контроль и управление каким либо объектом управления и диспетчерской станцией, модулем, который занимается исключительно своей задачей, устанавливает связь по локальной сети с контроллерами, производит их опрос, соединяется с удалённым веб сервером, синхронизирует с ним данные и т.д. Контроллер может быть один, а может быть и несколько, в зависимости от количества объектов управления.

Это связано с тем, чтобы не тянуть, например к одному контроллеру силовые и сигнальные линии с удаленных участков дома. Проще в этом смысле расположить сам контролер в непосредственной близости от объекта управления, и соединить его всего одним проводом с диспетчерской станцией по Ethernet или вообще обойтись в этом случае без провода, соединив контроллер и диспетчерскую станцию по wifi . Такой подход имеет ряд преимуществ. Например, если отделка дома уже закончена, то не надо ничего штробить и тянуть кучу кабелей по всему дому, к одному единственному контроллеру, а разместить сам контроллер максимально близко к объекту управления, и выполнить соединения контролеров с диспетчерской станцией (планшетом) по wifi . Это значительно сократит длину силовых проводов от контроллера до объекта управления, а wifi вообще исключает провод, соединяющий контроллер и планшет. Например, контроллер управления системой подогрева пола располагается там, где это действительно удобно с точки зрения монтажа силовых кабелей и по wifi соединяется с планшетом. А другой контроллер, ну например контроллер учёта электроэнергии располагается в близи счётчика и так же соединяется по wifi с планшетом. Аналогично подключаются и другие контроллеры, управляющие какими либо другими объектами управления.

Блок схема централизованной системы автоматизации умным домом.

Блок схема децентрализованной системы автоматизации умного дома.

Контролеров в этом случае может быть столько сколько необходимо. Если же объекты управления располагаются достаточно близко друг от другого, то один контроллер может объединить функционалы управления этими объектами. При необходимости можно обойтись вообще одним контроллером, объединив в нём весь функционал управления всеми объектами, но тогда теряются все плюсы приведенные выше. То есть система в целом получается очень гибкая и удобная в смысле расположения монтажа и требует минимум проводов. А ситуация с прокладкой новых кабелей и сигнальных проводов как известно становится настоящим камнем предкновения при установке системы умного дома в доме с новой отделкой!

Основной принцип разделения контролера и планшета заключается в том, что программа автоматизации объектом управления выполняется непосредственно контроллером и не зависит от состояния диспетчерской станции (планшета). Это даёт определённую надёжность системе. В случае сбоя, по каким либо причинам, в планшете или, например, пропала связь между контроллером и планшетом (подвис wifi роутер), контролер всё равно будет выполнять свою задачу, например поддержку заданной температуры, или управления газовым котлом. Все параметры процесса автоматизации хранятся в самом контроллере, а не в планшете и сама программа автоматизации исполняется контроллером. Благодаря этому такие аварийные ситуация не приводят к сбою в работе всей системы умного дома. В таких ситуациях максимум что может принести неудобство это невозможность управлять системой умного дома с планшета или отсутствие удалённого доступа через веб интерфейс умного дома. А это не смертельно! Главное что все процессы автоматизации всех объектов управления продолжат выполняться в штатном режиме. В случае, когда отказал по каким либо причинам планшет, и нет возможности управлять параметрами контроллеров через интерфейс приложения планшета, предусмотрена система ручного управления в контроллере. Контроллер имеет жк дисплей или цифровой индикатор и кнопки. С помощью простого меню, в случае такой необходимости, можно изменить все необходимые параметры. Хотя в целом возникновение такой ситуации, когда откажет планшет или локальная сеть, очень мало вероятно, но всё же такой вариант предусмотрен.

Контроллер.

Фото контроллера.

Контроллер выполнен на базе микроконтроллеров. Имеет на борту элементную базу необходимую для решения конкретной задачи, так же имеет модуль Ethernet или wifi для связи с планшетом, элементы ручного управления (дисплей, кнопки). В зависимости от мощности и функционала контролера, изменяется соответственно и элементная база контроллера. Например, переход на 32 битные микроконтроллеры с 8 битных, и многое друге. Вообще функционал контролера может существенно изменяться, в зависимости от требований и поставленных задач. Такую гибкость в функциональности и огромный выигрыш в снижении стоимости контроллера и в целом всей системы, даёт индивидуальная разработка контроллера под конкретную задачу. Процесс разработки оптимизирован и не занимает много времени. Печатная плата разработана по блочному принципу, и при разработке печатной платы понадобятся минимальные изменения, это же касается и программного кода. Код разбит на готовые модули, что значительно ускоряет написание программы. Элементная база и корпус, тоже стандартные.

Диспетчерская станция (планшет).

Фото планшета с главной страничкой приложения умного дома.

В качестве диспетчерской станции используется планшет android . Хотя это не принципиально, это может быть и смартфон. Просто планшет боле удобен в домашнем использовании, более удобно управлять системой умного дома на экране хотя бы 7 дюймов. Если интерфейс не сложный, то можно использовать смартфон. В общем кому что больше по душе.

Есть так же возможность вообще отказаться от планшета. Например, в таких случаях, когда задачи автоматизации не сложные, а органов ручного управления на контролере вполне достаточно для использования контролера. При таком условии можно легко отказаться от планшета и сэкономить деньги. Контроллеров в этом случае так же может быть столько сколько необходимо. Каждый контролер в этом случае подключается напрямую по wifi к роутеру и самостоятельно, периодически соединяется с удалённым веб сервером для обмена данными.

Удалённое управление.

Изначально планировал организовать удалённое управление с помощью сокет сервера. Планшет являлся бы сокет сервером а клиентом было бы, сетевое android приложение. С точки зрения безопасности такой вариант был бы более предпочтителен, т.к использовался бы свой протокол сетевого обмена и технология серилизации обьектов в java , при которой объект передаётся по сети потоком байт, плюс ключи безопасности на изменение какого либо параметра автоматизации. По определённому алгоритму клиент и сервер обмениваются специальными ключами безопасности. Изменение параметра автоматизации на стороне сокет сервера происходит только с проверкой такого ключа безопасности. Таким образом, соединение с сокет сервером и изменение какого либо параметра автоматизации злоумышленником, становится практически не возможным.

Однако есть несколько минусов в таком подходе, во первых понадобится белый ip адрес, во вторых для удалённого управления понадобится смартфон android для установки сетевого приложения. Мне хотелось сделать удалённое управление умным домом более доступным, чтобы можно было зайти на свою страничку умного дома откуда угодно с любого устройства имеющим обычный веббраузер. Именно поэтому я пошёл по пути веб технологий и создания веб приложения, размещённом на удалённом веб сервере. Безопасность в этом случае не такая надёжная как с вариантом сокет сервера, однако в веб технологиях применяется много эффективных средств защиты, таких как авторизация, и защищённое https соединение. Так же с целью безопасности, в этом случае можно исключить возможность изменения особо ответственных параметров через веб интерфейс умного дома.

Блок схема удалённого доступа.

В обоих вариантах конфигурации системы умного дома с планшетом и без него, есть возможность удалённого управления умным домом через веб интерфейс, вашу веб страничку умного дома. Сам веб проект умного дома располагается на удалённом веб сервере. При таком подходе нет необходимости иметь веб сервер у себя дома, заботится о его безопасности, оптимизации различных характеристик, ненужно так же платить вашему провайдеру за белый ip адрес. Тем более что сейчас много бесплатных хостингов с поддержкой mysql и php . На данный момент мой проект располагается именно на таком хостинге. В случае конфигурации с использованием планшета, android приложение соединяется с веб сервером по безопасному ssl соединению и передаёт в запросе данные на сервер и читает данные в ответе сервера. При конфигурации системы умного дома без планшета, контроллер сам соединяется с веб сервером и синхронизирует данные с веб сервером. Все параметры необходимые для контроля параметров и управления объектом, синхронизируются между веб интерфейсом и контроллером через базу данных удалённого веб сервера.

Описание работы системы умного дома в конфигурации без планшета.

Такую конфигурацию можно использовать, когда объектов управления мало или вообще один, соответственно контроллеров тоже, а алгоритмы достаточно просты и для управления контроллеров достаточно органов ручного управления контроллера.

Блок схема системы умного дома без планшета.

Как я уже писал выше, контроллер работает абсолютно автономно, выполняет определённую задачу по заданному алгоритму, например поддержка температуры объекта по ПИД закону регулирования, сейчас это не столь важно, чем именно занимается контроллер. Все параметры процесса управления хранятся в энергонезависимой памяти контроллера. Есть органы ручного управления, с помощью которых устанавливаются все необходимые параметры, например: поддерживаемая температура, дельта, параметры ПИД регулятора, в случае использования ПИД закона и т.д. Контроллер имеет Ethernet , и подключен к локальной сети либо проводом, либо имеет wifi модуль и соединяется с локальной сетью по wifi . Wifi роутер в свою очередь подключен к интренету. Для более глубокой и удобной настройки контроллера, например установка сетевых настроек, контролер имеет встроенный веб интерфейс. Все сетевые настройки устанавливаются через встроенный веб интерфейс контроллера. Помимо выполнения основного алгоритма управления, контроллер один раз в 10 секунд соединяется с удалённым веб сервером и в запросе передаёт все контролируемые параметры процесса на сервер, а в ответе сервера контроллер получает все установочные параметры процесса. Контроллер в данном случае выступает в роли веб клиента. Если параметр был изменён через веб интрефейс умного дома, то и в ответе от сервера контроллер получит этот изменённый параметр и далее продолжит выполнение алгоритма с учётом изменения параметра, с сохранением параметра у себя в энергонезависимой памяти. Таким образом, происходит удалённый контроль и управление объекта автоматизации с помощью веб интерфейса.

Описание работы системы умного дома в конфигурации с планшетом.

Блок схема системы умного дома с планшетом.

В случае, когда объектов управления достаточно много, и контроллеры управления находятся удалённо друг от друга по всему дому, появляется необходимость в едином органе управления, что то вроде пульта управления. Каждый контроллер хоть и имеет свои органы ручного управления, но бегать по всему дому к каждому контроллеру, достаточно не удобно. В этом случае в качестве единого пульта управления (диспетчерской станции) применяется планшет android . Так же в случае, когда контроллеров много и алгоритмы большинства из них достаточно сложные, это отражается и на интерфейсе управления всем умным домом, он становится более ёмким. Приложение планшета имеет эргономичный интерфейс для управления всей системой умного дома. Интерфейс разбит на вкладки по каждой отдельной системе управления. Если в планшете имеется 3g , то приложение может отправлять сообщения на мобильный, информирующие о какой либо аварийной ситуации или срабатывании какой либо из зон охраной системы, так же может производить дозвоны. Планшет взаимодействует с ip камерами умного дома, обновляя снимки в базе данных приложения и обновляя их в интерфейсе на вкладке видеонаблюдения, а так же на удалённом веб сервере. Планшет периодически, каждые 100ms , поочерёдно опрашивает все контроллеры всей системы умного дома, сохраняя полученные данные в базе данных приложения и обновляя данные в интерфейсе. В запросе к контроллеру, планшет передаёт все управляющие параметры. Каждые 10 секунд планшет устанавливает соединение с удалённым веб сервером и синхронизирует базы данных приложения с базой данных удалённого веб сервера. Если были произведены изменения параметра через веб интерфейс умного дома, то сразу после синхронизации баз данных контролер получит изменённый параметр и примет его в алгоритм управления, сохранив его в свою энергонезависимую память.

Функции контроллера здесь практически не меняются, просто теперь контроллер не является клиентом, не сам соединяется с веб сервером, а является сервером и отвечает на запросы андроид приложения.

Такой подход и такая конфигурации даёт возможность управлять всем умным домом с одного устройства, планшета, который без всяких проводов по wifi соединён со всеми контроллерами умного дома, и может располагаться где угодно, соответственно может быть при необходимости переносным. При этом как я писал выше, каждый контролер работает независимо от планшета, планшет в этом случае занимается исключительно своим кругом обязанностей. В случае выхода из строя планшета или роутера, каждый контроллер продолжит свою работу штатно.

• #1

  Здравствуйте.Ваша программа работает только с ip камерами или с dvr/nvr тоже может принимть?можете прислать ссылку на программу чтоб потестить.пришлите цены и инструкции к вашему умному дому,чтобы отпроектировать по его возможностям.Заранее благодарю.мой майл [email protected]

• #2

  Данное устройство доступно для покупки? ответьте пожалуйста на [email protected]

• #3

  Сколько стоит такая система управления умным домом? [email protected]

Вадим Балашов, iOS-разработчик из команды мобильной «Почты Mail.Ru», рассказал сайт, как он создал в своей квартире «умный дом» и разработал приложение для часов и бота для Telegram, чтобы управлять системой устройств.

Немного о розетках

Моя жена очень любит выключать всё из розеток. Уходя, она всё выдергивает, а я потом возвращаюсь домой и вставляю обратно. Мне это не нравится. Я пробовал разное: просил, уговаривал, убеждал, угрожал - ничто не помогло. И тогда я решил, что надо найти высокотехнологичный способ уладить конфликт - каким-то образом коммутировать розетки, чтобы не нужно было физически вытаскивать штекеры по всей квартире.

Ну что ж, паяльник есть, руки тоже. Начал думать над реализацией, но сразу возникло очень много вопросов. Например, какой контроллер использовать для управления? У меня был опыт программирования контроллеров линейки AVR от Atmel. Выглядит всё довольно просто: реле, транзистор для развязки и управление одним пином контроллера.

Задачи встало две. Во-первых, контроллер и реле надо питать, а во-вторых, контроллером нужно управлять. С питанием представилось три варианта.

• Самый простой - запитать от батареек. Но батарейки будут садиться, их придётся менять, а это неудобно.
• Размещать преобразователи из 220 в 5 вольт прямо рядом с контроллером в каждой розетке. Способ отличный, но готовых компактных преобразователей я не нашёл, а самому возиться с преобразователем не хотелось. Да и боялся накосячить и спалить квартиру.
• Подвести питание извне к каждой розетке.

Задача управления контроллером распалась на два принципиальных пути: управление по радио и управление по проводу. Вариант с проводом выглядит проще, но опять же требует подведения шнура к каждой розетке. Решил, что когда буду делать следующий ремонт, то заранее предусмотрю это и подведу к каждой розетке провод, например UTP 5-й категории. Но пока нужно было разбираться с имеющимися несвязанными розетками.

Последнее, что заставило меня окончательно отказаться от разработки собственной системы управления, - это «тестирование на живых». Отлаживать мелкие баги архитектуры и прошивки пришлось бы прямо во время эксплуатации, что, безусловно, вызвало бы недовольство окружающих.

Я начал изучать имеющиеся готовые системы, на которых можно было бы построить «умный дом». Сразу решил, что связь модулей должна быть беспроводная. Осталось выбрать технологию. Сначала варианта было два - Wi-Fi и Bluetooth. Они очень распространены, под них много готовых решений.

Но Wi-Fi, работающий на 2,4 ГГц, не слишком удобен с точки зрения организации сети. Высокое распространение и отсутствие регулирования при установке точек доступа делает эту частоту сильно зашумлённой. Хочется иметь более или менее стабильную систему, чтобы у меня не подвисало переключение розеток, когда работает соседский роутер.

Это оказалось не самой серьёзной проблемой. Гораздо более страшный враг Wi-Fi - микроволновая печь. Магнетрон моей микроволновки излучает волны на частоте 2,45 ГГц - когда она включается, вокруг не работает ничего. Гаснет стриминг Bluetooth аудио, гаснет стриминг видео по Wi-Fi, файлы не качаются, страницы не открываются. Причём неважно, какой конструкции у вас микроволновка, встроенная или отдельно стоящая - она по-любому будет вносить помехи. Поэтому от использования Wi-Fi и Bluetooth я тоже отказался.

Z-Wave

Начал изучать, какие ещё существуют решения. Например, у ZigBee несколько стандартов частоты: есть 2,4 ГГц, а есть в районе 1 МГц. Но тут я наткнулся на статью на «Хабрахабре», где рассказывалось про Z-Wave. Впечатлился. Базовые модули Z-Wave сейчас выпускают всего две компании в мире - Sigma и Mitsumi. Его размеры - примерно сантиметр на сантиметр. По сути, это микроконтроллер с приёмопередатчиком. Его даже можно перепрошивать, но чаще всего в готовом виде монтируют сверху на плату, подключают к нему UART, и он работает как приёмопередатчик.

Все устройства, которые хотят получить значок «Совместимо с Z-Wave», должны пройти сертификацию. Платформа закрытая, что даёт некоторое преимущество с точки зрения совместимости. Для сравнения: в продаже очень много Bluetooth-решений для домов, и почти все они не совместимы между собой. А все устройства Z-Wave совместимы - благодаря единому закрытому стандарту, который тем не менее эволюционирует. Доступна платная SDK, стоит примерно $2 тысячи. Если вы собираетесь одну штучку дома спаять - это дорого. А если намереваетесь наладить производство 2 тысяч устройств, то получите всего доллар разницы на каждое - вполне неплохо.

Дальность связи у стандарта Z-Wave около 30 метров. Одно из его преимуществ в том, что устройства выстраиваются в ячеистую сеть (mesh) и практически в каждом модуле есть таблица маршрутизации. Поймав сигнал, любой модуль знает, надо передать его дальше или нет. То есть почти каждый модуль является ещё и ретранслятором. «Почти» - потому что в Z-Wave существуют «спящие» устройства, которые не участвуют в ретрансляции. Такие устройства обычно работают от батареек и выходят на связь при необходимости.

Чтобы ваша сеть не приняла соседскую сеть за свою, используется токен, генерируемый для каждого головного контроллера. В рамках сети есть головной контроллер и периферия. У контроллера при первой установке генерируется свой токен, после чего происходит привязка: любое исполнительное устройство сначала привязывается к контроллеру, запоминает его токен, и после этого устройство включается в сеть.

На Amazon продаётся масса Z-Wave-устройств. Есть модули, встраиваемые в розетку и выключатели, есть модули для построения системы безопасности. Замки, сирены, освещение, датчики дыма, датчики протечки воды - что угодно. Я нашёл даже автоматическую кормушку для котов.

Что касается рабочей частоты, то она находится в районе 900 кГц. Эта частота не является открытой для всех стран в мире, для каждой страны нужно проходить сертификацию и получать разрешение на использование этой технологии, поэтому в разных странах несущие частоты немного отличаются. В Европе частота 868,42 МГц, в России - 869,0 МГц, в США и Канаде - 908,42 МГц, в Гонконге - 919,82 МГц, в Австралии - 921,42 МГц.

Если вы купите модуль, который сделан для Европы, то программно его можно перевести на российскую частоту. Точно так же можно программно переключать частоты устройств, сделанных для Гонконга и Австралии. А вот американские устройства не переключаются. Поэтому существует три категории одинаковых устройств, и нужно обращать внимание на то, для какого региона они изготовлены. Гонконг и Австралию вы вряд ли встретите, так что смотрите только на США, Россию и Европу.

При выстраивании ячеистой сети используется режим Explorer Frame: все устройства «затихают», контроллер запускает сканирование сети, и устройства начинают по очереди отвечать. Происходит своеобразная перекличка, когда каждое устройство выстраивает свою таблицу маршрутизации. Например, этот режим рекомендуется включать после перестановки мебели: есть вероятность, что передвинутый шкаф начал экранировать сигнал между какими-то устройствами, но открыл пространство между другими.

Считается, что стандарт обеспечивает устойчивую работу на расстоянии 30 метров на открытых пространствах и до 10 метров - в квартирах. Конечно, расстояние устойчивой связи между модулями, размещёнными в розеточных нишах, будет ещё меньше, но за счёт маршрутизации всё работает достаточно стабильно.

Теперь поговорим о коммерческих контроллерах. Наиболее распространены две марки: Fibaro и Vera. У Fibaro есть серии - Home Center и Home Center Light. У Vera тоже две серии контроллеров, одна подороже, вторая подешевле. Все они поддерживают базовые наборы правил, и вы вполне сможете сделать так, чтобы при включении одного устройства активировалось другое, а через какое-то время выключалось или делало что-нибудь ещё. Но если вам нужно реализовать более сложное поведение, то придётся программировать самостоятельно. В качестве языка используется Lua.

Есть и третья, менее распространённая марка - Zipabox, но эти контроллеры, судя по описанию, не поддерживают расширенную автоматизацию. Тем не менее Zipabox интересен тем, что у него есть модули расширения, которые стыкуются, как конструктор.

Но мы сейчас поговорим о другом проекте, имеющем отношение к Raspberry Pi. Это проект сообщества, которое решило сделать максимально дешёвое «железо». Сегодня Raspberry Pi в розницу стоит около 4000 рублей. На Amazon можно купить за $50, при текущем курсе это почти в полтора раза дешевле. На Raspberry Pi поднимается веб-сервер с пользовательским интерфейсом, для которого можно писать автоматизацию на JS. В качестве «железа» используется плата расширения, которую назвали RaZberry, выглядит она так:

А вот пример интерфейса панели управления, которая называется Z-Way. Он отображается в браузере, неплохо работает и на планшетах.

Вот пример настроек. Можно посмотреть, где в какой момент работают все устройства, проверить подключаемость, посмотреть таблицу маршрутизации и так далее.

Одно из преимуществ Z-Way - проект открытый, вот ссылка на GitHub. Команда разработчиков «с офисом в интернете», как пишут они сами, раскидана по разным странам: Россия, Германия, Швейцария. Интерфейс можно бесплатно скачать с GitHub, при желании - пересобрать что-то самому. И всё это прекрасно управляется из админки.

Управление

Я начал думать, как реализовать более удобное управление системой, чем с компьютера через админку. Это сегодня есть приложения для Android и iOS, а два года назад официальный клиент под Android оставлял желать лучшего: я так и не понял, как им пользоваться. Нашёл, настроил, подключился, но пользоваться не смог. В то время я был адептом Windows Phone, под который не было клиента. «На коленке» написал клиент для себя - когда выключатели рассинхронизировались, жена обращалась ко мне за помощью.

Год назад, в феврале-марте 2015 года, компания Pebble запустила сбор средств на создание новой версии часов - Pebble Time. Я поддержал проект, и к октябрю часы уже были в моём распоряжении. Я подумал, что это прекрасная штука для управления «умным домом». Ведь телефон не лежит всегда в кармане, дома я просто кладу его куда-нибудь, а часы обычно на руке. К тому же Pebble, в отличие от часов на Android Wear или Apple Watch, подключается и к iPhone (которым я к тому времени пользовался) и к телефонам на базе Android.

Pebble

У Pebble довольно много достоинств. Во-первых, они целую неделю работают на одном заряде. Пользователи Apple Watch знают эту боль, когда уже к вечеру нужно искать зарядку. Кроме того, у Pebble экран всегда показывает время, потому что сделан на базе цветных электронных чернил. Есть поддержка двух основных операционных систем. Часы водоустойчивы. А ещё они имеют аппаратный порт. Подключаются «умные» ремешки, которые можно делать самому (на сайте Pebble есть подробное описание).

Но за всё надо платить. У часов нет сенсорного экрана, для управления - четыре кнопки. Зато не надо постоянно опрашивать сенсорный экран, благодаря чему часы так долго работают без подзарядки. Второй недостаток - дисплей отображает 64 цвета.

Работу Pebble обеспечивает операционная система на базе OpenRTOS. Приложения для часов напоминают веб-приложения. Фронтенд исполняется на часах и пишется на C, а бэкенд работает в телефоне и пишется на JavaScript. Разработчики веб-приложений сейчас пришли в ужас: где это видано, фронтенд на С, а бэкенд на JS?

Но это легко объяснимо: C как наиболее компактный для компиляции язык очень удобен для создания встраиваемых приложений, а плюс JS в том, что он одинаково хорошо исполняется на iPhone и Android. JS работает внутри телефона и обеспечивает интерфейс для выхода в интернет и доступа к GPS. Сами часы имеют встроенный акселерометр, гироскоп и магнитный компас, то есть базовый набор «железа».

В итоге я написал приложение для управления своей системой «умного дома». Сначала для последней версии часов, а потом реализовал поддержку самой первой модели Pebble - с чёрно-белым экраном.

Настройки делаются в виде HTML-страницы. Для разработки Pebble советуют использовать Slate Frontend Framework. Страница должна быть расположена в вебе, что само по себе странно, потому что без подключения к интернету вы ничего не настроите.

После того как я написал приложение, я выложил его в официальный магазин приложений и забыл о нём. Его установили 40 человек, и я начал получать отзывы. Я давно не программировал на С и с ужасом вспомнил, что с выделением памяти - и, что ещё страшнее, с её высвобождением - нужно работать вручную. Поэтому в первой версии я сделал статический массив для восьми устройств, которые у меня были, и всё это прекрасно работало у меня дома.

Но в сетях, где больше восьми устройств, понятное дело, не работало. И первый отклик был из Дании: «А можно ли сделать больше?» Я, конечно, сказал, что можно, и ещё за один вечер перевел приложение на динамические массивы. Товарищ был счастлив, но не очень долго.

Оказалось, что у него около 54 логических устройств - выключатели и датчики, причём один физический модуль может быть сразу несколькими логическими устройствами. Например, у меня дома есть датчик, который одновременно отслеживает движение, температуру, влажность и освещённость, и в системе он виден как четыре датчика. А у датчанина больше 50 устройств, и он жаловался, что для выключения чего-либо ему приходится очень долго пролистывать весь список на часах.

Я подумал ровно вечер и придумал одну штуку. В админке Z-Way можно вешать на устройство теги, и я решил просто добавить тег Pebble, а в настройках часов ввести режим, когда на экране отображаются только помеченные этим тегом устройства. Пользователь сам выбирает, какие устройства он хочет видеть. Товарищ написал, что это просто великолепно: теперь у него пять устройств, которыми он управляет прямо из часов.

Потом мне написал о проблеме другой пользователь моей программы. Приложение умело отображать датчики, а управлять могло только выключателями, причём выключателями типа «Вкл» / «Выкл». Но существует много других управляемых устройств - например, диммеры, для которых можно устанавливать значения от 0% до 100%. Или RGB-модули, на которых можно выставлять любой цвет.

Я согласился добавить поддержку подобных устройств, но попросил прислать структуру его сети, чтобы посмотреть, как они выглядят живьём. Он прислал, я посмотрел - выглядят классно, но непонятно, что с этим делать. Я полез в настройки и выяснил, что в Z-Way есть виртуальные устройства. Такому устройству можно выставить тип, например, Multilevel Switch, и оно превращается в виртуальный диммер.

Ничем не управляет, но делает вид, что он диммер. Хотя почему «ничем»? Управляет сам собой. Я могу с часов выставить значение, и он покажет мне его в дашборде. Этого мне хватило для реализации поддержки диммеров.

Потом я взялся за RGB. Это управление светодиодными полосами, которые могут отображать любой цвет. RGB-освещение появилось в стандарте Z-Wave не так давно, поэтому изначально оно выглядело в системе как три диммера. То есть все устройства рапортовали, что они три диммера, и можно было отдельно управлять красным, зелёным и синим каналом. Для удобной работы со старыми устройствами в современных системах управления сделали виртуальное устройство RGB-освещения, в котором можно задать три диммера.

Поскольку мы уже умеем задавать Dummy Dimmer, то можем сделать Dummy RGB. Это тоже хорошо работало, но поддержку управления цветом я пока ещё не реализовал - отправил «заказчику» только управление диммерами. И для него я как раз настраивал поддержку чёрно-белых часов.

Виртуальные устройства

В чём ещё мощь виртуальных устройств в Z-Wave? Возьмём виртуальное HTTP-устройство, и пусть у вас есть любое другое устройство, которое несовместимо со стандартом Z-Wave, но управляется с помощью HTTP-запросов.

Тогда мы пишем HTTP-запрос на включение: адрес, который нужно дёрнуть, запрос на выключение и запрос на получение статуса устройства. Вероятнее всего, устройство, которое не поддерживает Z-Wave, не поддерживает и ответ в формате On / Off.

Для его поддержки можно ввести Inline JavaScript, который будет преобразовывать ответ с вашего устройства в On или Off. А имея виртуальное устройство, дальше мы можем делать всё, что угодно. Например, интегрировать в эту систему любое устройство на базе контроллеров ESP8266. То есть мы делаем три конца, на которые устройство умеет реагировать, а дальше любую обвязку.

Сцены

Это набор состояний логических устройств. Сцену нельзя включить или выключить - её можно только активировать. У меня, например, сделана сцена Away, которую я активирую, выходя из дома. Она выключает свет в ванной и туалете, выключает розетки в ванной и на кухне. Активация сцены Away выключает всё, что есть управляемого у меня дома. Также у меня есть сцена Back. Она включает обратно две розетки, но не свет: вернувшись, вы включите его тогда, когда он будет нужен.

Есть идея поставить механизированные вентили и, уходя из дома, перекрывать воду одним нажатием. Вентили стоят довольно дорого, но затопление соседей может обойтись ещё дороже. Опять же, есть автономные датчики протечки. Положите их в ванной, в туалете, на кухне - и в случае протечки вентили автоматически перекроются.

И последнее. Z-Way на часах хорош, но управлять можно только дома. Если хочется управлять извне, то можно сделать бота для Telegram. Он у меня простенький: ему посылают команду Light, он спрашивает: «Где?» - и показывает пиктограммки туалета и ванной. Выбираешь место, он спрашивает: «Что сделать?» - и показывает светящуюся лампочку и чёрную. Выбираешь чёрную, и он говорит: «Ок, свет в ванной выключен».

Заключение

Это увлечение «умным домом» у меня происходило наплывами. Я в какой-то момент загорелся идеей, заказал модули, встроил один, который управлял только светом в туалете и ванной. Ещё заказал датчик движения, температуры и влажности. Повесил в ванной и сделал классную автоматизацию: свет в туалете автоматически отключается через 15 минут, если забыли выключить, а свет в ванной включается при входе, по датчику движения, а выключается через 15 минут. Всё классно - кроме того, что жить с этим невозможно. Оказалось, что 15 минут в туалете - это на самом деле мало, особенно если там хорошо ловится Wi-Fi. А он ловится хорошо. Увеличение периода ожидания не помогло, так что эту автоматику я пока отключил и заказал ещё один датчик движения.

Автоматика в ванной простая: входишь - свет включается, выходишь - выключается. Удобно. Но сперва я настроил её не очень удачно: датчик движения стоял на входе, а когда ты заходишь в душ и задёргиваешь шторку, он тебя не видит, и через 15 минут свет гаснет. Нужно открыть шторку, махнуть рукой и задёрнуть шторку обратно. Проблема решилась переносом датчика в середину ванной, чтобы он реагировал на движение по обе стороны от шторки.

Программа для управления всеми системами Умного Дома. Устанавливается на планшетный компьютер на Windows, Android, iOs. Подключается к контроллеру через Wi-Fi или интернет (протокол связи ModBus TCP).
Работает с практически любыми промышленными контроллерами, в том числе Beckhoff и ОВЕН.

Интерфейс (внешний вид) программы полностью изменяем. Иконки, фоны, расположение элементов, надписи - всё изменяется самим пользователем или установщиком. Возможно создавать разный интерфейс для разных устройств. Количество устройств, на которые устанавливается программа в пределах одного контроллера, не ограничено.

Функции программы EasyHome:

• управление системами освещения (в том числе разноцветными светодиодными лентами и лампами с изменяемой яркостью свечения)
• управление климатом каждого помещения
• связь с системеми охранной и пожарной сигнализации
• связь с системами вентиляции и кондиционирования
• контроль потребляемой мощности по нескольким фазам с автоотключением неприоритетных нагрузок
• управление розетками и прочими электроприборами
• установка на любое количество устройств, управление через Wi-Fi или интернет
• контроль и предотвращения аварий: протечка воды, утечка газа, электроаварии
• сбор информации со счётчиков воды, газа и электричества
• управление по сценариям и предустановкам
• доступ к контроллеру через локальную сеть или через внешний IP адрес (автовыбор при запуске программы)
• отображение изображения с IP видеокамер (в версии для Windows, поддерживается видеопоток MJPEG и H264, не все модели камер)
• возможность запуска разных интерфейсов (запрос при запуске программы)

И многое другое!

Скачать EasyHome для iOS (iPhone и iPad):

Чтобы загрузить DEMO версию интерфейса приложения надо в окне добавления конфигурации набрать адрес:

http://сайт/downloads/EH_DEMO.ehpa

Новое в версии EasyHome 7.9.5 для iOS (январь 2018):

• Добавлен удобный контрол светодиодной ленты RGB с выбором цвета
• Уоучшена функция автомасштабирования элементов
• Исправлен адрес скачивания Демо интерфейса (сайт был переведен на защищенный протокол https)
• Улучшена панель аварийных сообщений
• Множество мелких улучшений и исправлений в работе программы

Новое в версии EasyHome 7.9.1 для iOS (апрель 2017):

• Загрузка файлов конфигурации через интерфейс самой программы
• Выбор конфигурации при запуске и быстрая смена интерфейса
• Новый контрол управления RGB лентами
• Функция автоповорота экрана (удобно для iPhone)
• Прочие мелкие улучшения и исправления

Как пользоваться ДЕМО версией:

1. Скачать архив

2. Распаковать архив в любое место (например, на рабочий стол)

3. Запустить файл EasyHomeEditor.exe

В ДЕМО версии можно делать всё, что угодно: менять интерфейс, двигать элементы, перемещаться между окнами и т.д. Но поскольку связи с контроллером нет, то икноки не будут меняться при нажатии, а все значения (температуры, токи, состояния) будут равны нулю. Для возможности подключения к контроллеру надо приобрести лицензию (информация о цене - внизу этой страницы).

Новое в версии EasyHome 7.8 (апрель 2017):

• Возможность отправки контроллером произвольных смс-сообщений на русском языке для контроллеров ОВЕН (ранее было доступно только для Beckhoff)
• Появились свободные функции. Можно задавать любую логику работы входов и выходов через интерфейс EasyHome. Ранее это было доступно только через изменение кода контроллера нашим инженером.
• Появились мультисцены
• Добавлен удобный драйвер для работы с инфракрасными передатчиками по интерфейсу RS485. 4 режима управления любыми кондиционерами через ИК-команды.
• Возможность подключения инмерителя параметров электросети к контроллеру ОВЕН на одну или три фазы.
• Можно подключать до 10ти модулей расширения ОВЕН в любой комбинации, общее количество дискретных входов и выходов может быть теперь до 255.
• Появился астрономический датчик освещённости по высоте солнца.
• Всякие мелкие улучшения.

Новое в версии EasyHome 7.7 (декабрь 2016):

• Многочисленные улучшения интерфейса
• Увеличение скорости работы на системах Windows 10 и iOS 9
• Появилась возможность перекрывания разных стояков водоснабжения при срабатывании разных датчиков протечки воды
• Появилась возможность постановки на охрану произвольного набора датчиков движения
• Появилась функция мультиинтерфейс - предзагрузочное графическое меню в котором можно выбрать, какой именно интерфейс запустить