Plánovanie systému domácej automatizácie pre domácich majstrov: 12 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Cieľom tohto návodu nie je povedať vám, ako môžete robiť to, čo by ste chceli, aby robil váš domov. Namiesto toho bolo napísané, aby sa myšlienka stala realitou, ale tiež aby sa šialenstvo stalo rozumom tým, že pochopíte limity (technológie, náklady, potrebný čas, bezpečnosť …).

Na webe je veľa veľmi dobrých sprievodcov a článkov na pochopenie mnohých vecí vo veľmi rozsiahlych podrobnostiach. Nie je to to, čo chceme. Chceme celkový obraz. Aké sú základné zručnosti, ktoré sa môžeme naučiť alebo zlepšiť. Čoho by sme sa mali dotknúť.

Zahŕňa to základné veci, ako napríklad:

• Čo je domáca automatizácia? Najprv skontrolujte, či to skutočne zodpovedá vašim očakávaniam.
• Kde začať? Celkom jednoduché, začnite tam, kde ste, pravdepodobne doma. Viete to naruby?
• Čo môžem urobiť? O všetkom, iba musíte naplánovať a poznať svoje limity. To zahŕňa zostať nažive (funguje každý deň vrátane večerov).
• Aké sú kúsky tejto skladačky? Zložitejšie je, že existuje veľa tvarov a je veľmi ľahké stratiť niektoré kúsky. Pokúsime sa zachovať zdravý rozum.
• Ako to dať dohromady? Je to čoraz konkrétnejšie, v skutočnosti to robíme. H*ll áno!

Tento návod je teraz k dispozícii aj na mojej osobnej stránke:

Krok 1: Čo je to domáca automatizácia?

Google „domáca automatizácia“priniesla 33 miliónov výsledkov. To je buď viac ako dosť, alebo príliš veľa.

Prvý výsledok, článok na Wikipédii (samozrejme), uvádza:

„Domáca automatizácia alebo inteligentný domov [1] (známa tiež ako domotics alebo domotica) je obytné rozšírenie automatizácie budov a zahŕňa ovládanie a automatizáciu osvetlenia, vykurovania (napríklad inteligentné termostaty), vetrania, klimatizácie (HVAC) a zabezpečenie, ako aj domáce spotrebiče, ako sú práčky/sušičky, rúry alebo chladničky/mrazničky, ktoré na diaľkové monitorovanie používajú WiFi. Moderné systémy sa spravidla skladajú z prepínačov a senzorov pripojených k centrálnemu rozbočovaču, niekedy sa im hovorí „brána“, z ktorej je systém ovládaný s používateľským rozhraním, ktoré interaguje s nástenným terminálom, softvérom pre mobilný telefón, tabletovým počítačom alebo webovým rozhraním, často, ale nie vždy, prostredníctvom internetových cloudových služieb."

Čo to hovorí?

• Inteligentný domov: Informovanie domu o sebe alebo schopnosť robiť veci.
• Obytné: Zameraním sa na kutilstvo to v práci neskúšajte:) Zdá sa, že to je to, čo chceme pokryť.
• Automatizácia budov: Ako lenivý geek skutočne chcem, aby počítač sám robil to, čo nechcem. Obvykle sa kontroluje garážová brána, zapína/vypína kúrenie a podobne. Skvelé!
• Prepínače a senzory: Pozrite sa na to ako oči a prsty domova, bez oboch to veľmi nepovedie.
• Centrálny uzol: Žeby šikovný domov potreboval mozog? Zaujímavé. Jeden mozog ovládajúci všetky veci. To bude ovládač.
• Interagované: Domov môže mať svoj vlastný život, ale my chceme byť jeho súčasťou. To je naše miesto. Počkajte, ako sa zhovárať s domom? Toto sú zariadenia/uzly.
• Internetové cloudové služby: To sa mi nepáči, nejaký stroj niekde by nemal vedieť, že mám zapnutú práčku. Ale to je osobné. Nezabudnite, že „neexistuje nič také, ako cloud, jeho počítač niekoho iného“. Počkajte, služba je oveľa viac ako počítač. Cestovanie lietadlom je viac ako mať vlastné lietadlo. Aspekt DIY však zabráni externej pomoci/podvádzaniu.

Ak to zhrnieme, skončíme takto: Chcem dať obrazovku, aby moje domáce spotrebiče mohli robiť to, čo chcem. Skoro to, čo by sme očakávali.

Pripomíname, že nebudeme pokrývať technické aspekty, ako sú protokoly, dodávatelia, dodávatelia a podobne. Toto je DIY projekt. Keďže som hobby, nepoznám všetky podrobnosti o položkách, ktoré tvoria túto galaxiu. Vedieť, že môj dom je miesto, kde chcem začať. Preto sa podelím predovšetkým o svoju osobnú skúsenosť.

Všetky balené riešenia z trhu však budem jednoducho ignorovať, pretože to nie je to, čo chceme. Táto príručka môže byť stále užitočná, ak si chcete len prejsť základné pojmy.

Poznámka: Nezáleží nám na veľkosti vášho domu. Bez obmedzenia. Väčšina tohto článku bola napísaná tak, že mám na stole niekoľko zariadení.

Krok 2: Celkový obraz

Kontrolný zoznam:

• Máte už nejaké nápady?
• Vytvorte si zoznam toho, čo chcete modelovať: Budova, podlahy, miestnosti, systémy, spotrebiče…
• Vytvorte si zoznam toho, s čím sa necítite: Možno chcete preskočiť bezpečnostné zariadenia alebo ovládať prístup.
• Stanovte si priority: Pri skutočnom kutilstve budete väčšinu času sami. Zamerajte sa na úspechy.
• Vyhodnoťte náklady: Odstráňte to, čo si myslíte, že je predražené alebo nestojí za to.
• Vyhodnoťte schopnosti: V súčasnosti nemôžem navrhnúť nič v 3D, ale stále je to zručnosť, ktorú by som chcel získať.

Ak ste tak ďaleko, mali by ste teraz mať celkom dobrú predstavu o tom, čo chcete dosiahnuť. Pre tento návod budem predpokladať veci o svojej vlastnej skúsenosti:

• Dom má zhruba 15 izieb. To je dosť veľa na to, „začať niečo“.
• Zameriam sa na vykurovanie: monitorujem teplotu a zapnem/vypnem kúrenie.
• Používam lacné klony D1 Mini od Ali Express. Pred niekoľkými mesiacmi som dokonca nemal ani spájkovačku.
• Chcem to skutočne využiť, skúsim siahnuť po „3D tlačených priestoroch inštalovaných okolo domu“. Zatiaľ nedosiahnuté…
• Existuje určitý rozmer „prijatia manželky“. To musí byť užitočné a použiteľné.

Všimnite si toho, že v minulosti som vytvoril otvárač garážových brán založený na Raspberry Pi, LCD displeji, dvojici spínačov a relé. Niektoré kódy Pythonu to spájajú. Do istej miery mám záujem zlúčiť to do tohto návodu, aby mal správnu architektúru. To je súčasťou „prijatia manželky“, domácu automatizáciu by ste mali vykonávať z jedného rozhrania.

Krok 3: Modelovanie vášho miesta

Nejaká teória

Domáca automatizácia predpokladá, že existuje ovládač, ktorý môže o všetkom vedieť. Vaše objednávky bude tiež odoslané do domu.

Zariadenia budú rozmiestnené po celom mieste. Radšej vedzte, kde ich chcete mať.

Keď už máme inteligentný ovládač na mieste, musí byť schopný komunikovať so zariadeniami.

Wi -Fi je prirodzený spôsob, ako ísť, aj keď nie tak bežne. Existuje toľko protokolov, že je ťažké si ich vybrať.

Vylúčenie zodpovednosti

Áno, toto sa stáva technickým, ospravedlňujeme sa. Napriek tomu chcem ukázať skutočné veci, takže potrebujeme fyzické a softvérové komponenty. Opäť spomínam, čo vlastne používam. Ospravedlňujeme sa, existuje toľko spôsobov, ako vyriešiť takéto témy: -O

Posunúť to na ďalšiu úroveň

Teraz existuje mnoho spôsobov komunikácie medzi „ovládačom“a rôznymi „uzlami“. O plánovaní už definujte, ako by to malo fungovať vo vašom dome. Definovanie komunikačného média pomôže definovať, kam umiestniť ovládač a zariadenia.

• Spojenia medzi ovládačom a zariadeniami: Bezdrôtové alebo káblové?
• Napájanie: Zo sieťovej zásuvky, napájané batériou alebo solárne?
• Prípad: Je to test na vašej lavičke, alfa hardvéri, kde môžu ležať káble, alebo ho chcete integrovať do nábytku/spotrebičov?

Ako je vysvetlené nižšie, pre ukážku použijeme Homie-ESP8266. Toto je firmvér pre regulátory ESP8266 využívajúci WiFi a MQTT. Autor to popisuje takto:

„Inštancia fyzického hardvéru (Arduino, ESP8266 …) sa nazýva zariadenie. Zariadenie má vlastnosti zariadenia, ako je aktuálna lokálna IP adresa, signál Wi-Fi atď. Zariadenie môže odhaliť viacero uzlov. poveternostné zariadenie môže napríklad odhaliť teplotný uzol a vlhkostný uzol. Uzol môže mať viacero vlastností uzla. Teplotný uzol môže napríklad odhaliť vlastnosť stupňov obsahujúcu skutočnú teplotu a vlastnosť jednotky. Vlastnosti uzla môžu byť rozsahy. Pre napríklad, ak máte pásik LED, môžete mať LED vlastnosť uzla v rozsahu od 1 do 10, aby ste mohli nezávisle ovládať LED diódy. Vlastnosti uzla je možné nastaviť. Napríklad nechcete, aby bola vlastnosť stupňov nastaviteľná v prípade teplotný snímač: to závisí od prostredia a nemalo by zmysel to meniť. Budete však chcieť, aby bola v prípade termostatu nastaviteľná vlastnosť stupňov."

Zhrnutie

Potrebuješ:

• Jeden centrálny ovládač, na ktorom je umiestnený server pre domácu automatizáciu. Na Raspberry Pi použijem PiDome.
• Jedno alebo viac zariadení na monitorovanie a interakciu s vašim domovom. Budem používať D1 Mini a Homie.
• Sieť, ktorá to všetko spojí.
• Rozhodnite sa, ako napájať zariadenia (batéria, adaptér, z hostiteľského zariadenia …). Na testovanie používam buď port USB počítača (a sériové ladenie), alebo nabíjačku telefónu.

Krok 9: O ovládači …

Hardvérová časť

Ako náš domáci vládca budeme používať Raspberry Pi. RPi bude mať na starosti:

• Uchovávanie údajov o domácnosti
• Agregácia údajov zo zariadení
• Prezentácia údajov používateľovi
• Odosielanie objednávok do zariadení

Z hardvérového hľadiska na to všetko stačí samotný RPi. Je takmer samostatný a bude sa šťastne spúšťať z vášho suterénu (Hej! Je to vôbec vaše prvé domáce dátové centrum v suteréne ?!:-D).

Získajte balík (RPi, napájanie, karta SD …) a máte hotovo.

Poznámka k WiFi: RPi je možné prevádzkovať cez WiFi, ale považujem za oveľa stabilnejšie pripojiť ho k domácemu smerovaču pomocou štandardného kábla RJ45.

Poznámka k RPi Zero: Presný výber hardvéru, ktorý musíte urobiť, závisí od toho, čo chcete. Zdá sa, že RPi Zero je na túto prácu rovnako dobrý ako RPi 3. Nula je oveľa lacnejšia, ale na vykonanie práce vyžaduje oveľa viac malých dielov. Je to však najlepšia voľba, pokiaľ ide o vstavané zariadenia. Najnovší Raspberry Pi Zero W teraz dokonca ponúka aj WiFi a Bluetooth!

Softvérová časť

RPi je jednodoskový počítač a je dosť obmedzený z hľadiska disku/CPU/RAM. Na tento účel sa spoliehame na ľahké operačné systémy zamerané na Linux. Pre túto prácu je Raspbian pravdepodobne našou najlepšou voľbou, pretože je to predvolený operačný systém pre RPi.

Keď už hovoríme o domácej automatizácii, znamená to, že na správu zariadení potrebujete ďalší softvér. Moja voľba je PiDome (na stiahnutie).

Krok 10: O zariadeniach

Hardvérová časť

Nasledujúce kroky budú závisieť od Wemos D1 Mini (alebo lacnejších klonov:)). Tieto mikrořadiče sú založené na moduloch ESP-8266. Tento balík obsahuje jednu malú dosku (34,2 mm * 25,6 mm): WIFI, CPU, RAM, Flash, digitálne piny a analógový pin v balení po 10 g. Ak potrebujete viac miesta na blesku, pozrite sa na Wemos D1 Mini Pro. Môžete si k nemu kúpiť štíty na pridanie relé, DHT22, tlačidla, OLED obrazovky … Jedným z nich je kryt batérie, ktorý umožňuje zariadeniu fungovať úplne bezdrôtovo.

Niekoľko mini spájkovacích dosiek a prepojovacích káblov vám pomôže vytvoriť prototyp vášho budúceho domova. Ak chcete pre svoje zariadenia vlastné puzdrá, znalosti o 3D dizajne a prístupe k 3D tlačiarni ešte viac zvýšia vašu úroveň geekity. Ale čo by to mohla byť domáca automatizácia, ak nedostanete nejaké senzory, diódy LED, odpory, kondenzátory a podobne?

Na obrázok som zahrnul svoje „kancelárske zariadenie“, je to jednoduché nepájivé pole + obrazovka D1 Mini + DHT22 + OLED. LED a IR veci sú v súčasnej dobe nepoužívané.

Softvérová časť

Pretože ESP-8266 je celkom bežný čip, nájdete k nemu veľa skíc. Budem lenivý a použijem vynikajúci softvér Homie for ESP-8266 od Marvina Rogera. Tento návod však nie je návodom na Homie.

Krok 11: Príloha zariadenia

Prílohy sú o tom, čo by ste očakávali. Už som spomenul veci ako breadboard, kartón (ako môj model Garage Opener alpha), cyklické boxy (môj garážový otvárač v skrutkovacom boxe), projektové boxy alebo kryty pre 3D tlačiarne. Ako obvykle, hranicou je vaša predstavivosť.

Majte na pamäti, že sa budete musieť zmestiť do elektroniky, ktorú plánujete nasadiť. Bez ohľadu na to, aké väčšie to môže byť, menšie znamená neísť.

Ak sledujete položky životného prostredia, ako je teplota alebo svetlo, umiestnite ich múdro. Umiestnenie senzora na čisté slnko je pravdepodobne tým, čomu chcete zabrániť (takmer) za každú cenu. Umiestnenie PIR senzora je rovnaký príbeh. Uistite sa, že rozsah je v poriadku a pokrýva všetko, čo od neho očakávate.

Nasledujúce predpoklady vychádzajú zo samostatného monitora teploty / vlhkosti napájaného batériami.

Typické zariadenie bude musieť spájať:

• Mikrokontrolér, pre naše príklady je to D1 Mini, veľkosť: 34,2 mm * 25,6 mm
• Medzi 0 a mnohými senzormi vezmime DHT22: 27 mm x 59 mm x 13,5 mm
• Napájanie, D1 Mini vyžaduje 5 V, pomocou štítu batérie vyzerá plán: 34,2 mm * 25,6 mm
• Batéria, pre kryt batérie sa pozrieme na 3,7 V lítiovú batériu: 40 mm * 25 mm * 6 mm
• Určitý priestor pre vodiče, prepínače, diódy LED … Stačí si zobrať niekoľko sortimentov z AliExpress (LED diódy, prepojovacie vodiče, odpory).

Opäť ste si vybrali spôsob, akým sa budete cítiť pohodlne.

Poznámka pre seba: Čas naučiť sa nejaký 3D dizajn:-(

Krok 12: Záverečné slová

Keď prišiel čas napísať túto záverečnú kapitolu, premýšľal som „Čo sa dosiahlo?“.

Odpoveď je veľmi jednoduchá a nasleduje tému: Ušetrite si čas a naplánujte si veci. Vďaka tomu bude celý projekt oveľa konzistentnejší. Domáca automatizácia nie je taká jednoduchá ako nákup bezdrôtovej zásuvky v miestnom obchode. Toto je oveľa viac.

V tejto fáze ma stále zaujíma, aké sú úspory. Je nám to vlastne jedno?

Bolo to poučné? Docela veľa, dosiahnutý úspech!

Pozrite sa prosím na moje ďalšie návody, plánujem napísať ďalšie praktické. Celkom sa mi páčilo nájsť si čas na napísanie tohto.