Умный дом своими руками. Общие принципы

22/11/2008 12:03:44

Направо пойдешь, богатым будешь.
Налево пойдешь, счастливым станешь.
Прямо пойдешь...

В этом разделе я хотел бы поделиться своим опытом в области строительства дома, но не просто, а Умного. По правде сказать, я считаю этот термин скорее маркетинговым инструментом, потому что так легче продать. Ведь зачастую простой регулятор (диммер) для ламп накаливания, который известен чуть ли не с момента изобретения Эдисоном лампочки Ильича, маркетологи умудряются называть умным домом. Но поскольку словосочетание "Умный Дом" прочно вошло в обиход, буду его использовать и я. Что же в таком случае Умный Дом?

Не буду, как это принято в других статьях, живописно рисовать светлое будущее человека в кругу электронных помощников, которые и свет сами включат и тапочки принесут и чайник подогреют и все остальное, что нужно, отрегулируют, подкрутят, подвинтят, сфотографируют и на хлеб намажут. Вы можете пофантазировать на эту тему самостоятельно. Ведь у каждого, очевидно, имеются свои задачи и свое представление о том, как и что поручить электронному мозгу. Однако для конечного потребителя важно то, что при всем обилии задач, которые могут выполнять такого рода Система, существует всего лишь два основных подхода к реализации.

1. Купить готовую систему автоматизации дома
2. Попробовать сделать все самостоятельно

Для тех, кому интересны готовые решения и технологии, я подготовил небольшой обзор "Готовые решение для идеологии Умный Дом". А данный материал как и весь раздел этого сайта ориентирован скорее на второй подход и ту категорию людей, энтузиастов, творцов, если хотите, которым это интересно не только с точки зрения "поставил и забыл". Создание своего Умного Дома - это интересный, творческий процесс, в процессе которого вы, как создатель, работаете над решением различных головоломок, придумываете новые идеи, радуетесь достигнутым результатам и огорчаетесь неудачам. Этот творческий процесс связан не только и не столько с программированием или паяльником, сколько развитием гибкости мышления, изучением различных инженерных и технических систем, законов природы, физики и математики. Вы энтузиаст? Тогда идем дальше.
 
У готовых систем есть ряд преимуществ

  • Отработанная технология, надежность
  • Готовые модули, с помощью которых можно решать основные задачи

Недостатки

  • Высокая цена
  • Как правило, не очень большая гибкость управляющего модуля
  • Ограниченные возможности управляющего модуля
  • Закрытость технологии и/или протоколов и/или схемотехники
  • Отсутствие или недостаточные возможности для сопряжения с другими системами дома.

Правильной дорогой идете, товарищи!

А теперь попробуем поставить все с ног на голову. Низкая цена, гибкость, функциональность, совместимость казалось бы несовместимого, но при этом отсутствие готовых модулей, технической поддержки и неопределенная надежность. Я выбрал этот путь. Аргументы простые.
1. В моем понимании важно, чтобы Умный Дом или система домашней автоматизации строились на открытых стандартах, протоколах, из доступных в любом магазине,  дешевых компонентов.
2. Нужно максимально использовать накопленный опыт людей, по возможности не изобретая велосипед.
3. В процессе создания мы должны получить не только систему, которая, может быть, как-то работает, но также и знания, а, кроме того, с интересом, творчески провести свободное время.
Вот такая философия. Можно возразить? Конечно! Но это это моя позиция. Посмотрим, что из этого выйдет.

Компьютер всему голова

Принципиальным и я бы даже сказал идеологически важным элементом системы является центральный блок управления. С моей точки зрения таким блоком должен быть компьютер. Компьютер в роли головы системы обеспечивает универсальность, гибкость, расширяемость, простоту в использовании. С помощью компьютера можно решать огромное количество совершенно различных задач в рамках одной системы. Гигантское количество доступного программного обеспечения, библиотек, фреймворков, позволяют насытить центральный мозг системы обширнейшей функциональностью. В компьютере есть практически все для аппаратного и программного объединения различных элементов в единую систему. Современное движение производителей оборудования к использованию широко распространенных протоколов и стандартов (RS232, USB, Ethernet, TCP/IP, Wi-Fi), принятых в компьютерном мире, значительно облегчает интеграцию блоков и создание системы Умного Дома. Нельзя забывать и то, что в современном информационном обществе, пропитанным духом Интернета, Умный Дом нужно понимать не только и не столько как управление коммуникациями, климатом и оборудованием, сколько средой для обмена и трансформации данных, медиа-сервером, контент-сервером, чем-то таким, что не только помогает экономить энергоресурсы и повысить комфорт, но и средством развлечения и общения, позволяющим качественно изменить уровень жизни. Да и сами процессы создания и использования Умного Дома тесно переплетаются в причудливый творческий конгломерат. В этом смысле создание на базе ПК головного мозга системы Умного Дома из программно-аппаратных кирпичиков, оснащенных Web-интерфейсом, является перспективным и интересным занятием, в котором может участвовать не один разработчик-пользователь. Здесь я умышленно не говорю о надежности компьютерного управления и его недостатках, о которых я писал. Это дело не подхода, не идеологии, но техники, а значит эти вопросы решаются на этапе непосредственной реализации.

Аппетит приходит во время еды или каша из топора.

Говорят, что спрос рождает предложение. Но так ли это на самом деле? Наверное, люди не хотели смотреть телевизор, когда его не было, наверное, людей не тянуло курить, пока не придумали табак и, по всей видимости, люди прекрасно обходились без Интернета и мобильного телефона, используя обычную почту. Это, конечно, условно, но правда в том, что невозможно заранее предусмотреть что потребуется в процессе жизни. Поэтому я не стал писать техническое задание на разработку, не продумывал всю систему до мелочей, а просто положил первый кирпичик и решал проблемы по мере их возникновения. У меня был дом без финишной отделки, в котором я мог позволить себе все: протащить провода на самом видном месте, повесить на стену какой-нибудь "девайс", который при других обстоятельствах повергал бы в шок, продолбить дыру в неожиданном месте своим любимым перфоратором. Для меня создание домашней автоматизированной системы - это что-то на вроде эксперимента, исследования. Я шел эволюционным путем. Результатами этого исследования я и хочу поделиться с вами. Буду рад, если мой опыт не пропадет даром. Буду счастлив, если ваш опыт и ваши отзывы будут полезны мне.

Да, у меня гуманитарное образование. Я говорю это для того, чтобы люди, являющиеся профессионалами в областях, о которых я пишу, не судили строго, а люди которые никогда в глаза не видели паяльник не отчаивались.

Коротко. Для начала от откопал в чулане старый ненужный компьютер, водрузил на него Linux. Затем я подумал, что неплохо было бы подключить к нему какие-нибудь камеры, для наблюдения за улицей и домом, и подключил аналоговую охранную камеру и веб-камеру. Сделал так, чтобы камеры можно было смотреть на любом компьютере в доме. Затем я настроил на нем GPRS-Интернет (село все ж таки), а потом и проводной Интернет через VPN. Таким образом я мог наблюдать за происходящим не только находясь дома, но и с работы. Потом возникла необходимость смонтировать GSM-сигнализацию и мы сделали это своими силами. А нет ли, бабуля, соли? Мне стало интересно отслеживать температуру в разных участках дома, и я подключил к своему серверу 1-wire датчики. Потом я вывел суточные и месячные графики температуры. Домашний web-сервер обростал новыми возможностями. Потом мне пришла в голову мысль, что технология 1-wire годится не только для фиксации температуры, но и для управления устройствами. Таким образом было реализовано управление уличным освещением, где вместо датчика освещенности - фотоэлемента использовалась картинка с камеры наблюдения. Аппетит усиливался. Может, бабуля, и пшено найдется? Я решил, что интересно будет вести архив с камер наблюдения и сохранял кадры в архиве каждые несколько минут, а потом монтировал забавные фильмы. Потом я понял, что информацию с наружных и внутренних датчиков температуры можно использовать и для управления отоплением и сделал такое управление на 1-wire, подключив к серверу пару дополнительных модулей... Дальше было управление процессом водоочистки (аэрация, обеззараживание) на основе исполнительного модуля и датчика на базе 1-wire. Затем датчик протечки, управление освещением, вентиляцией. Далее захотелось, чтобы система могла разговаривать... А потом...
Когда у меня есть время, я продолжаю придумывать и реализовывать вещи, которые помогают экономить и улучшают комфорт. А ведь это самое главная и основная задача Умного Дома: экономить и повышать комфорт. Об этом нужно всегда помнить.

 

Схема умного дома

Реализованная схема "Умного дома" на текущий момент 


Схема информационного обмена системы, программная архитектура.

А теперь обо всем подробнее и по порядку. На текущий момент реализовано:

 В данный момент система находится в стадии развития, поэтому на сайте будут появляться новые материалы и статьи.

Почем опиум для народа?

Несколько слов о стоимости. Вы, собственно, можете прикинуть самостоятельно.
Красная цена старого компьютера - 3000 руб (можно, правда, взять новый или использовать маршрутизаторы или мини-компьютеры с форм-фактором ITX)
Охранные камеры - 1000 руб/шт
Веб-камеры - от 300 руб/шт
Ведущей 1-wire сети - 1000 руб (купить)
Датчики температуры DS18B20, готовые силовые модули 1-wire (купить)
Провод UTP 5cat (витая пара) - 5 руб/м
Программы - бесплатно =:-[ ]
Время - бесценно ;)

Одним словом, это не те затраты, о которых можно переживать.

Добавить комментарий:



2010-06-09 14:12:14 | Юрий
Супер! я сделал подобную систему только на windows CE6,но начинал с контроллера CCU , потом понял, что нужно использовать компьютер и работает уже года два...только убеждаюсь, что контроллер нужно совсем убирать и все функции загонять в комп. Спасибо! Очень все продуманно! Потребление встраиваемых компьютеров на порядок меньше, правда и функционал ограничен, к примеру видео пропустить будет возможно только на хорошем процессоре.


2009-11-26 23:27:17 | Andrey_B
Серж, во-первых, я сразу предупредил, что сайт создан с целью поделиться опытом, высказать свои мысль и идея, а не предлагать готовое программное решение. Во-вторых, моя система построена на Linux и многие задачи решены не отдельным специализированным ПО, а штатными средствами операционной системы. Например, глупо было бы выкладывать свой crontab или разнообразные shell-скрипты. В третьих, по многим задачам (управления 1-wire ключами, управление отоплением, считывание информации со счетчика электроэнергии) исходные коды приведены прямо в статьях. Задайте Ваш вопрос более конкретно.


2009-11-26 18:42:45 | Серж
Я, наверное, слепой, но не вижу ссылок на программы(исходники), реализующие описанный автором функционал. Или так и задумано- только статьи?


2009-07-11 01:29:31 | Andrey_B
PAV, все верно. Для того, чтобы включить свет с помощью кнопки, нужно либо два модуля (датчик контакта и ключ-привод нагрузки), либо (что лучше) двухканальный модуль, где один канал работает как датчик, а другой как ключ. У меня так сделано управление аэрацией (обезжелезивание воды). В роли кнопки-выключателя выступает насос. Но аэрация включается не сразу (чтобы не дергать ее частыми включениями-выключениями), а только тогда, когда суммарная наработка насоса превысит 5 минут. К тому же это примерно тот гистерезис, с которым работает поплавковый клапан в баке.
Насчет схем - все есть в Интернете, как в российском, так и импортном. Преимущество 1-wire в том, что схемы очень простые. Я бы мог изготавливать для продажи штучные экземпляры, но не уверен насчет спроса на такие модули.


2009-07-10 15:22:15 | PAV
Скажем, так если, например, для x10 все компоненты продаются, то тут надо паять все самому? Я пока путаюсь с ключами, датчиками. Вот смотрите - например свет, нужна кнопка которую нажимать, нужен датчик, который определяет нажата кнопка или нет, нужно устройство, которе, собсно, и замыкаетразмыкает цепь т.е. вклвыкл свет, датчики движения, датчики освещенности все это нужно самому пять? Где взять схемы таких модулей?


2009-07-09 15:52:59 | Andrey_B
Это наверное даже не щиток, а небольшой шкафчик, стойка. Ну, при наличии в доме серверной, это не должно ввергать в шок ;)
Не совсем понятно насчет мануала по 1-wire. Вы имеете ввиду прокладку кабеля и подключение устройств или программирование?
Оборудование - больная тема для 1-wire. Именно на этом этапе у многих пропадает интерес и к домашней автоматизации в целом и к 1-wire в частности.
Я знаю только одно место в России, где можно заказать готовые модули для 1-wire - фирма Элин. Модули там дорогие и существует минимальная сумма заказа. НО, я сейчас рассматриваю возможность изготовления наиболее востребованных модулей под заказ с отправкой Почтой России (в том числе наложенным платежом). Под наиболее востребованными модулями я понимаю прежде всего:
а) Двух-канальный ключ
б) Двух-канальный датчик (например для определения нажатия кнопки).
Единственный компонент для 1-wire, не требующий обвязки - температурный датчик DS1820, DS18B20 и их братья. Можно напрямую цеплять к шине (с питанием или без питания). Хотя и для таких вещей можно делать модуль с корпусом и разъемом под RJ-11.


2009-07-09 13:59:51 | PAV
Жутко представить каких размеров щиток ;) А не подскажите мануал какой-нибудь по 1wire с примерами организации сети. Домашней сети, а то инет копаю. а в основном промышленное применение. Хочется примеров, дабы понять как реализовывать. И где покупать оборудование 1wire - датчики, выключатели и т.д.? Спасибо.


2009-07-09 11:30:01 | Andrey_B
Я планирую подготовить отдельную статью на эту тему с фотографиями щитка. Я сам далеко не электрик, поэтому мне интересно будет услышать мнение профессионалов.
Да, от каждого потребителя (или от группы) идет свой провод в щиток. Если брать розетки, то на комнату идет как бы 2 магистрали. Зачем? Мой опыт показал, что это полезно. Во-первых, одну магистраль можно сделать стабилизированной через стабилизаторы напряжения. Последние имеют определенную мощность и эта мощность дорого обходится, поэтому нельзя (а точнее дорого) посадить на стабилизатор всех потребителей. Во-вторых, помимо стабилизации могут быть задачи резервного питания - аккумуляторы или генератор. Также не имеет смысл вешать на аккумуляторы например чайник. Ну и наконец лишний провод никогда не помешает. Мало ли чего... И уже в щитке мы произвольно для каждой комнаты коммутируем источники и потребители так, как нам надо.
Витая пара к розеткам. Имелось ввиду, что есть группы розеток: электричество, сеть, телефон, телевидение. Вот к розеткам и идут помимо электрических проводов еще витая пара (прежде всего для локальной сети) и коаксиал (по всей видимости, пережиток прошлого и надобность в нем скоро пропадет).
Прочие шины. Ну вот смотрите, сервер с ОС Linux, подключенный к Интернету у меня стоит в подвале. Телевизор со спутниковым ресивером, естественно, в жилой комнате. Очень хотелось запустить на Линуксе программу mpcs и смотреть спутниковые каналы через кард-шаринг (что это такое - ищите в Интернете ;) Хорошо, что у меня оказалась неиспользованной одна витая пара. OpenBox X-820 имел подключение к компьютеру посредством RS232. Скорость передачи 115Кбит/с. До сервера метров 15. Будет работать или нет? Я припаял к концам витой пары RS232 разъемы, запустил mpcs и все заработало. А завтра возникнет другая задача. Имея лишние провода в запасе любые задачи решаются легче. При цене витой пары от 6 руб/м небольшой перерасход проводов на будущее не должен сильно ударить по карману.


2009-07-09 07:35:03 | PAV
Круто ;) Мечта моя. А можно фотки рубки (щитка)? А вдруг есть схема разводки, хоть от руки чтобы масштабность прикинуть? Я правильно понимаю, что электропроводка идет от каждого потребителя и выключателя в щиток, а там уж как фишка ляжет - либо напрямую подключается, либо через 1wire? Витая пара к розеткам не очень понятно. Прочие шины тоже не очень понятно ;) Заранее спасибо за ответы.


2009-07-09 00:27:12 | Andrey_B
PAV, провода закладывались в процессе ремонта. Витая пара везде. К розеткам - это понятно, компьютер, IP-телефония, простая телефония, 1-wire и прочие шины. Кроме витой пары, конечно еще ВВГ 3х2,5, NYM 3x2,5 или (редко,там где мощные потребители) ВВГ 3x4.
К выключателям тоже кроме двух, трех ВВГ 3х1,5 витая пара - проводов в ней 8, на которые можно повесить массу датчиков (световых групп). Нет модулей, используем ВВГ, есть - или ВВГ или витую пару. Кроме того, витая пара шиной, а также звездой (2-3 на комнату, на всякий случай) проложена по потолку (для температурных датчиков, датчиков влажности, камер видеонаблюдения, датчиков движения). Витая пара штука универсальная. Конечно аналоговый сигнал с камер наблюдения по ним на большие расстояния не передают, но для квартиры или дома 10-15 метров - можно, да и камеры скоро только IP и останутся. Никаких монтажных коробок над дверями. На каждом этаже примерно в центре - большая стойка, щиток, в которой и происходит вся коммутация. Нет модуля или задачи - коммутируем как обычно, появилась задумка, скоммутировали иначе или с модулем умного дома. Да, расход проводов больше. Минимум в 2 раза. Но и гибкость такого подхода очевидна. Кроме того, вся коммутация на виду и легкодоступна. Там же все УЗО и автоматические выключатели. Рай для электрика. Там же, в щитке, коммутаторы Ethernet и нужная электроника, в 30-50 см от силового оборудования, для минимизации наводок.


2009-07-08 15:03:06 | PAV
Форум Вам нужен ;) Столько вопросов к Вам. Как же Вы провода тянете, все нововведения происходят уже после ремонта, я так понял?