Технологии умного дома своими руками

«Умный» дом своими руками: гид для начинающих

Освещение

Освещение — самая популярная часть «умного» дома, которая у всех на слуху. Создать «умное» освещение можно одним из двух способов. Первый — приобрести «умные» лампочки, светильники и люстры, а затем управлять ими через приложение со смартфона. Этот способ подойдет для тех, кто только переехал или планирует покупать новые осветительные приборы.

Если же не хочется обновлять торшеры, люстры и ночники, а на «умные» лампочки жалко денег, то есть и более бюджетный способ. Можно приобрести «умные» выключатели или беспроводное реле и с их помощью управлять той же люстрой в комнате без необходимости покупать дорогие «умные» лампочки или целые люстры.

Хорошая «умная» лампочка обойдется примерно в ₽1 500. В люстру с пятью плафонами вам понадобится пять таких лампочек, это уже ₽7 500. При этом «умный» выключатель стоит ₽2 000 и ₽1 500 возьмет электрик за работу по его установке. Также при покупке выключателя нужно будет купить и специальный переходник, так как в России монтажные коробки круглые, а большинство «умных» выключателей рассчитаны на прямоугольные, их цена варьируется от ₽300 до ₽700. Итого разница между лампочками и выключателем почти двукратная, при этом последний еще и надежнее, а лампочки придется каждый раз когда они сгорят.

Если же не хочется даже менять переключатели, то можно установить в щиток беспроводное реле, которое будет управлять включением и выключением света в разных комнатах. Для этого решения, как и для замены выключателя, вам потребуется вызвать электрика.

Помимо реле и выключателей стоит отметить и «умные» розетки, которые можно использовать в паре с простыми ночниками: подобный гаджет будет просто включать/выключать питание по вашим командам или сценариям.

А еще контролировать освещение можно с помощью «умных» карнизов. В карниз встроен специальный моторчик, открывающий и закрывающий шторы, управлять им можно со смартфона, а подключается карниз к обычной розетке. Открытие штор по расписанию может стать отличной альтернативой классическим будильникам, однако стоит помнить, что разбудить может не только свет из окна, но и звук двигающихся штор, что уже звучит не так заманчиво.

Регулировка температуры

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

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

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

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

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

Безопасность

В блок «безопасность» входят гаджеты двух типов. Первые следят за несанкционированным входом в жилье, а вторые — за непредвиденными аварийными ситуациями.

Чтобы избежать возможной утечки газа, протечки воды или задымления, стоит установить соответствующие датчики на кухню или в ванную — тогда при прорыве воды или загазованности в помещении на смартфон придет сообщение, также сработает сигнализация, если настроен соответствующий сценарий.

За отслеживание несанкционированного входа отвечают датчики движения, датчики открытия дверей и камеры. Последние как раз могут включаться, когда дверь открывается или появляется движение в комнате. В этом случае также приходит соответствующее сообщение на телефон, а камера начинает запись и трансляцию происходящего.

Совместимость и голосовое управление

При создании «умного» дома можно пользоваться гаджетами не только одного производителя, но и комбинировать между собой устройства разных компаний. Первый вариант более надежный и позволяет управлять домом через одно приложение. Зато второй существенно расширяет функциональность. Например, вы можете управлять устройствами Xiaomi с помощью голосового помощника «Яндекса» или «Ассистента» Google и по одной голосовой команде включать одновременно «умные» лампочки и Xiaomi, и «Яндекса».

Также «умный» дом можно создать и на основе экосистемы Apple, для этого нужно будет приобрести соответствующие сертифицированные датчики. Но, как правило, у подобных датчиков уже есть свое управляющее приложение и часто оно оказывается более функциональным, чем Apple HomeKit. HomeKit пригодится для ситуаций, когда используются датчики разных производителей и у них нет синхронизации друг с другом, в этом случае HomeKit станет связующим звеном, объединяющим устройства разных компаний. А еще важно помнить, что подобное решение обойдется вам дороже, чем пак «все-в-одном» от одного производителя.

«Умный» дом на примере однокомнатной квартиры

Вот как бы выглядела небольшая однокомнатная квартира человека, который купил все описанные выше гаджеты.

• Утром вместо классического будильника он использует открытие штор с помощью «умного» карниза, зимой, когда светает поздно, эту функцию выполняет ночник, который включается на минимальной яркости и постепенно увеличивает ее.
• Через минуту после пробуждения голосовой помощник рассказывает сводку сегодняшних новостей, прогноз погоды и запланированные события из календаря. в это же время на кухне включается чайник и пока хозяин квартиры умывается и чистит зубы, он как раз успевает закипеть.
• По дороге в ванную, благодаря датчикам движения и освещения, свет в коридоре включается автоматически. Когда человек заходит в ванную, то свет тоже включается автоматически, но здесь уже используются датчики присутствия, а не движения. Они выполняют ту же функцию, но при этом обладают большей чувствительностью.
• Во время завтрака с помощью голосовой команды включается любимый плейлист или очередной выпуск подкаста, на вкус владельца «умного» дома.
• Затем хозяин квартиры собирается на работу и уходит. Если за время его отсутствия кто-то взломает замок и откроет дверь, тут же включится Wi-Fi камера, а на телефон хозяина придет уведомление о том, что дверь была открыта. Он сразу же сможет посмотреть трансляцию с камеры. Дополнительно можно настроить активацию сигнализации при несанкционированном входе.
• Вечером хозяин квартиры возвращается домой, за полчаса до прихода он выставляет в приложении желаемую температуру и к моменту его прихода в квартире уже тепло (если мы говорим про осень и зиму) или наоборот прохладно. При желании можно включить автоматическую регулировку температуры к определенному времени.
• Ближе к ночи шторы закрываются, свет выключается (его можно выключить голосом или с помощью расписания) и хозяин квартиры ложится спать.

Что важно помнить при создании «умного» дома?

Для начала нужно определиться с тем, какую часть дома небходимо сделать «умной». Отличными гаджетами для начинающих пользователей станут лампочки и ночники, а также «умные» колонки. После ознакомления с ними можно докупать и остальные устройства.

Совсем необязательно обновлять всю бытовую технику, чтобы управлять старыми устройствами (телевизор, кондиционер, обогреватель) достаточно «умного» пульта.

При создании «умного» дома надежнее покупать устройства одного производителя, исключение составляют голосовые помощники, сейчас большинство популярных «умных» домов умеют работать и с «Яндексом», и с Google Ассистентом, и с Siri.

Источник

Система «Умный дом» своими руками

Пару недель назад в нашем чате появилось вот такое сообщение:

А еще чуть позже — вот такое:

Автор сообщений — Женя, программист, руководитель отдела обучения и электронщик. В 5 лет он заметил, что если вырвать из магнитофона моторчик, подключить к нему лампочку и начать его крутить, то лампочка будет гореть. В шесть — что если у моторчика поменять полярность подключения, он будет крутиться в другую сторону. В 18 поступил на Измерительные инновационные технологии в Политех. А в 24 пришел работать в «Сибирикс».

Это к тому, что цель всей затеи — не Умный дом и метеостанция как таковые. Цель — почесать руки (потому что чешутся) и не дать им окислиться (потому что из золотого сплава). Так что все, кто недоумевает, зачем тратить время, когда можно просто купить такие девайсы — идите лесом-DNCом. А тем, кому интересна тема DIY-электроники (или DIY-электронщиков, что тоже не зазорно), можно скроллить дальше.

Мне кажется, что у любого человека должно быть какое-то хобби, помимо работы. Что-то делать своими руками. Это хорошая эмоциональная разгрузка (главное, чтобы не превращалось в рутину — на работе, пусть даже такой разнообразной и интересной, как программирование — рутина практически неизбежна, а в хобби — вполне себе да). Самое интересное — симбиоз, когда твоё хобби становится полезным и востребованным для дела.

— Владимир Завертайлов, руководитель Студии «Сибирикс»

Arduino

Первую версию Умного дома Женя сделал два с половиной года назад на arduino.

Arduino — небольшая плата с микроконтроллером, памятью и контактами, к которым можно подключать лампочки, моторы, датчики и вообще все, что работает от электричества. Пишешь программу на C++, загружаешь ее в память микроконтроллера arduino — и она управляет всеми подключенными устройствами. Так создаются классные гаджеты — система полива дачного участка, например, или робот, который приносит вам тапочки.

Первая тема, которую Женя сделал на arduino — это игрушка. Два сенсора, два участника. Каждый держит руку над своим сенсором. Когда игрушка пикнет, нужно резко убрать руку. Игрушка измеряет время реакции до 100-х секунд и говорит, кто тут чемпион. Рубились с женой. Удобно — кто проиграл, тот моет посуду).

Когда с arduino все стало понятно, Женя решил, конечно, делать Умный дом (электронщик же). Подключил к arduino охранную систему (датчик движения и датчик открытия двери) и термометр (датчик температуры и влажности DHT11) и остался недоволен. Связь между всеми устройствами была по радиоканалу на 433 МГц и оказалась нестабильной. Женя боролся с радиосигналами месяца 2, а потом решил не бороться, а переделать сервер умного дома на Raspberry Pi.

Raspberry Pi

Raspberry Pi — это уже полноценный компьютер. Да, одноплатный. Да, размером с кредитную карту. Да, сильно уступает по мощностям современным большим компьютерам. Но на нем может быть запущена операционная система Linux. Это значит, можно перейти с С++ на более высокие языки — java script, php. А это уже родные для Жени языки. Но главное — Raspberry Pi позволяет уйти от 433 радиосигнала и перейти ко всем известному и горячо любимому wi-fi, который работает стабильно.

Дизайн

Обычно ты или электронщик, или дизайнер. Женя, как мы помним, определился с этим еще в 5 лет, поэтому с дизайном были траблы. Но недолго. Потому что скоро он подошел к гендиректору «Сибирикс» и попросил помочь. Через месяц у него уже был отрисован интерфейс Умного дома нашим дизайнером.

Система

Систему Женя написал за 4 месяца. Работал примерно по 2,5 часа в день. Полтора часа до работы (специально вставал пораньше, потому что вечером — сын, домашние дела, игра в «Цивилизацию» с женой) и час во время обеда на работе.

Идея была, чтобы система неограниченно масштабировалась. Это сейчас он парень простой и ему в умном доме нужен только базовый функционал (метеостанция, охранная система, видеонаблюдение). Но если завтра ему надоест нажимать на кнопочки и выключатели и он захочет, чтобы освещение само следовало за ним, плита включалась по хлопку, а автоматические жалюзи на окнах закрывались при солнце, у него должна быть возможность прикрутить весь этот функционал.

Поэтому система организована таким образом: создаешь папку в Умном доме с модулем, описываешь его работу и она легко интегрируется в систему. Сейчас там 9 модулей. Есть модули физические (те, которые имеют физическое устройство), а есть логические (те, которые нужны для работы системы).

Функционал

Для метеостанции Женя взял 4 главных параметра, которые позволяют понять, умрешь ты или нет (температура, влажность, атмосферное давление, концентрация углекислого газа в воздухе). Создание метеостанции проспонсировал гендиректор студии на том условии, что Женя сделает еще одну такую в студию (уже сделал). У нас она по wi-fi подключается не к Умному дому, а к заббиксу, системе мониторинга серверов, которая мониторит разные параметры, от температуры жестких дисков до нагрузки на сеть, и выводит это все в виде красивых графиков. Теперь там есть еще и график температуры в офисе.

Датчик CO2 мы планировали подключить к нашему Zabbix, вывести на плазму и мониторить атмосферу. Первые же эксперименты показали, что приточку горе-винтеляционщики нам смонтировали так себе. Воспользовавшись электронным эндоскопом, мы выяснили, что приток шел через маленькую щелку в сайдинге здания (оно относительно новое). Ругаясь матерными словами, мы подогнали вышку и перемонтировали все по-человечески. Теперь утром датчик показывает CO2 в районе 500, к обеду поднимается до 800, что, в общем-то, нормально.

— Владимир Завертайлов, руководитель Студии «Сибирикс»

Когда на Женин дом установили камеры видеонаблюдения, которые можно отслеживать через приложение для телефона, оказалось, что они сделаны на очень популярном сервисе — макроскоп, и у них есть api-доступ. Женя подключил камеры видеонаблюдения в свой Умный дом. Забавно, что в Умном доме они работает лучше, чем в приложении. Приложение тупит дико. А в Умном доме камеры открываются влет.

Тот, кто последним уходит из дома, нажимает на кнопочку, и система встает на охрану. Когда кто-то приходит, датчик движения это понимает система начинает пикать, типа деактивируйте охрану или я сейчас заору. Чтобы деактивировать охрану, нужно приложить свой электронный ключ, система распознает его и успокоится.

Здесь отображаются все события, которые зарегистрировала система.

Здесь можно посмотреть параметры системы: график температур процессора, IP aдрес, нагрузку на процессор, батарейку.

Здесь содержатся реакции системы на какое-либо событие. Реакции задаются с компа.

Корпус

Корпус — это та вещь, которая разрабатывалась 5 часов, а печаталась 28 часов. Печаталась на стареньком домашнем 3d-принтере. Для справки — если печать длится порядка 4 часов, это уже считается долго. А тут — 28. На нижнюю часть корпуса ушло 16 часов. На верхнюю — 6. Это вечеринка на целый день — запускаешь 3d-принтер и он печатает, прерывать нельзя. Если свет, допустим, отключится на 98% печати, значит, ты 15 часов пластика просто выкидываешь. Такого, к счастью, не случилось. Случилось другое: из-за недочета в проектировании (слишком тонкие стенки в фигурном отверстии под динамик) крышку пришлось перепечатать. То есть, суммарно печать заняла примерно 28 часов. Ушла почти вся катушка пластика.

Голос

Система умеет говорить и понимает, что ты ей говоришь. Нажимаешь кнопочку, говоришь фразу, и она конвертирует ее в текст. Преобразование голоса в текст — дико сложная задача. Гугл умеет это делать, но за деньги. А первое правило DIY-проекта — никаких абонентских плат. Как оказалось, в последних версиях хрома есть встроенный инструмент «Распознавание голоса». Единственный нюанс в том, что соединение должно быть либо https, либо localhost. Умный дом — как раз такая система: клиент и сервер находятся на одной машине, так что удалось подключиться по localhost.

Реакция на команды

Второй сервис называется dialogflow. Фишка в том, что ты задаешь шаблон фразы, например: «Какая погода завтра?» и указываешь, что слово «завтра» — это переменная типа date. И теперь уже ты можешь задать любой вопрос: «Какая погода 20 сентября?», «Какая погода послезавтра?», «Какая погода через 3 дня?» и система понимает, что это тип данных — date, конвертирует его в программную дату и реагирует на нее. Вся эта тема — на нейросетях, и она обучаема. Если ты сказал «Какая будет погодка сегодня?» и система не поняла, она говорит «Я не поняла», и ты заходишь на сервер и прям руками обучаешь ее, что вот эта фраза означает «Какая погода?», и она запоминает. Обучение нейросети происходит по доступу: при регистрации на сервисе выдаются ключи доступа к api, доступ к личному кабинету агента, можно этого агента обучать и можно дать право кому-то на его использование.

В dialogflow есть еще одна классная тема — микродиалоги. Задаешь вопрос, например, «Как твои дела?» и задаешь паттерны ответов на него: «Пока не родила», «Все в шоколаде, даже дисплей», «У нас делишки, а дела у прокурора», «Ой, всё» — и система каждый раз будет рандомно выбирать из этих вариантов ответ на этот вопрос.

Получается, сервис передает в Умный дом сам триггер, который должен быть выполнен и возможную фразу для ответа, Дом ловит эту фразу и дальше задача наоборот: tts, то есть text to speech.

Это хорошо умеет делать Яндекс. Там можно выбрать не только голос (нескольких вариантов женских и мужских голосов), но и настроение (веселый, грустный, злой, нейтральный). У Яндекса очень простое и условно бесплатное api (с лимитом что-то около 10 тыс преобразований в день).

Таким образом получился цикл: произносишь фразу, система ее понимает, произносит что-то в ответ и совершает какое-то действие. Так, например, работает установка будильника голосом. Говоришь: «Поставь будильник на вторник на 7 часов». И во вторник в 7 тебя разбудит Умный дом.

Неплохо, если Умный дом может оповестить вас о пожаре или вскрытии двери, когда вас нет дома, правда? Есть такой модуль — называется sim800L. Это gps модем, который является полноценным телефоном. Он умеет звонить, отвечать на звонки, отправлять/получать смски, выходить в интернет с помощью gprs, определять местоположение с помощью сотовых вышек и т. д. Идея была такая: заказать этот модуль, вставить сим-карту в Умный дом, настроить какой-нибудь тариф, чтобы не было абонентской платы вообще, закинуть туда 500 руб и, пока они не истратятся (по 1 руб. за смс), а это, как минимум на год, забыть про все это.

Но оказалось, что в пике эта платка в момент поиска сетей потребляет 2 Ампера тока. У Умного дома есть модуль питания, туда заходит шнур, там аккумулятор и от аккумулятора выходит питание в систему. Батарейка может обеспечить максимум 3 Ампера выхода. То есть 3 Ампера постоянного потребления всей системой — край. И, если добавить этот gsm модуль к raspberry, она вырубится. Ей не хватит тока, и она просто потухнет. Единственное решение проблемы — это модуль отправки смсок делать отдельной коробочкой. Тогда туда можно обеспечить бесперебойное питание на 2 Ампера. И просто по Wi-Fi связать с Умным домом. То есть Умный дом говорит модулю: «Отправь вот такую смску», и модуль отправляет. Сейчас Жене нужно докупить пару железяк, и модуль будет готов.

• Raspberry Pi — 1500 руб.
• Дисплей — 2500 руб.
• Детали метеостанции — 1500 руб. (самая дорогая деталь — датчик CO2, 1100 руб.)
• Всякая мелочь, вроде микрофончика, колонок компьютерных, маленьких, настольных, самые дешевых, чтобы усилок оттуда достать — пусть будет 500 руб.
• Плата резервного питания — 1500 руб.
• Печать корпуса весом грамм 300 (2 руб. за грамм с учетом расхода пластика и электроэнергии) — 600 руб. Если печатать на заказ, выйдет дороже, возможно, около 1500 руб.

Немного лирики напоследок

Электронщики — это люди, которые зачарованно смотрят на трехзначное число на дисплее и говорят:
— Смотри, как круто!
Ты смотришь на то же самое число и неуверенно говоришь:
— Круто, да…
— А что ты видишь? — испытывают они тебя.
Ты делаешь попытку:
— 328?
И, конечно, не попадаешь. Потому что это не просто 328. Это офигенно работающая динамическая индикация.

Источник