一般的なホームオートメーションやスマートホームから事例研究まで

最近、ホームオートメーションとスマートホームについて多くのことが書かれています。 私の経験、一般的な考え、特定のプロジェクトを共有したいと思います。 この記事は、スマートホームが基本的にどのように役立つ/便利であるかを知りたいだけでなく、ブラウザ（電話、タブレット、リーダー、HTPC、ラップトップ、デスクトップ）を備えた任意のデバイスから制御（または単に視聴）したい人にも役立ちますコンピューターなど）ホームオートメーションシステム。 さらに、これは世界中のどこからでも実行できます。 私の経験とこの記事の第2部で説明した例（Arduino、JQuery Mobile Webインターフェイスなど）は、既に何らかの種類のホームオートメーションシステム（X10など）を持っている人や、この厄介な道を始める人にとって有用です。



ホームオートメーションシステムがまだそれほど普及していない主な理由は、照明を重視していることです。これは通常、それらを宣伝するときに行われます。 結局のところ、ソファから立ち上がらずに点滅する光（ArduinのLEDなど）は、実用的な価値がなく、自宅やアパートにホームオートメーションシステムを導入して使用することについての真剣な考えから人々を遠ざけます。 誰もライトを点滅させる必要はありません（通常は90％機能します）が、たとえば、各部屋の暖房を個別に制御し、エネルギー=お金を節約すると便利です。 既製の販売されているホームオートメーションシステムのコンポーネント自体の非常に高い価格（費用は1ペニー）と統合価格は、火に燃料を追加するだけです。 最も高価なコンポーネントは20ドルのArduino Megaになることを保証するために急いでいます。 問題全体を検討すると、集中的に自動化するのに実用的な意味があるタスクのリストは次のとおりです。

>温度調節温度（加熱/空調）および湿度（加湿器/除湿器）、

>自然光制御（ブラインド、シャッター、日除け）

>そして、家の周りの芝生、花壇、芝生の水やりの管理（もしあれば、まだ水やりが必要です）。

分散システムのうち、ローカル（中央制御なしで、バックライトをオンにすることで直接制御する1-2センサーなし）を、モーションセンサー（プレゼンス）の低電力LED照明（床）で作動させたり、キッチンのテーブルの一部を吊り下げキャビネットや棚のある従来の天井照明で隠したりすると便利です。 上記の照明と組み合わせた同じ照明は、誰かとあなた自身を最初に目覚めさせたり、別の施設につまずいたりすることなく、台所に入る必要があるとき（そして何かから何かを切り取って共有しないで食べる）夜に不可欠です慎重に散らばる子供のおもちゃについて。 キャビネット、保管室、ガレージ、ランドリーなど、モーションセンサーを備えた技術室でのみメイン照明をオンにすることも理にかなっています。 モーションセンサーと集中型システムは、住宅内のメイン照明に使用するのは実用的ではありません。 自宅の外装および装飾用の休日照明は、光センサーおよび/またはタイマーを備えたペニー仕上げのブロックから最も便利に点灯します。 応答サービスに接続された実際のセキュリティシステム（家の周りに散らばるセンサーやWebカメラだけでなく）は、通常、多くの理由でスマートホームシステムと混合する意味がありません。



したがって、最も関連性の高いものから始めます。 理想的なオブジェクトは、制御可能な暖房です。たとえば、電気（壁のコンセントの車輪のバッテリーと壁に取り付けられたバッテリー）および民家の集中暖房またはあまり暖房ではありません。 私の例では、既存のコントロールユニット（サーモスタット）と追加デバイスへの直接接続による燃料油加熱を備えたThermo Pompシステム（北米のヒートポンプ）の使用を検討します。 システムの最初のバージョンでは、X10プロトコルのデバイスとソケットを使用しました。 しかし、残念なことに彼らはうまく動作しませんでした。遅いインターフェイスと目覚めたときの非常に目立つスイッチのために、彼らは家のすべての人々を目覚めさせました。 その後、システムを無線ソケットに変更しました。無線ソケットはx10よりもずっとシンプルで静かでした。 これらのコンセントは、さまざまな無線周波数と電圧で利用できます。 これはすべて、非常に多様な他のシステムに適用されます。 それはすべて、私の友人と隣人が奇跡の奇跡-現代社会におけるArduinoの巨大な役割について私の頭に優しく滴り落ちたという事実と、はんだごてを保持する方法を知っている人として、私はできるだけ早くこのArduinoマニアを捕まえなければならないという事実から始まりました。 私はあらゆる方法でそれを振って、彼女の家の実際の（ロボットおもちゃではなく）使用の領域は非常に疑わしく、階段のステップを照らす強力なマイクロコントローラーに基づいてLEDルーラーを作ることを言いました（1つのシフトレジスタとジェネレータの代わりに）はスズメのための銃であり、残りは甘やかです。 それでも彼らはなんとか私の頭の中にArduinoの穀物を置くことができ、春の到来と夏の郊外にあるすべての穀物と同様に、芽が突進し始めました。 私はプロジェクト自体のために趣味のプロジェクトが好きではありません。 家族のためのリソース集約型プロジェクトは、高いWAF（Wife Acceptance Factor）を維持する必要があるため、または私の父が言うように、それは簡単に合法化できるため、実用的な側面が存在する必要があります。



そしていつものように、怠inessは進歩のエンジンでした。 少し遅れて午後にベランダに座って、太陽が心地よく焼けていたと同時に、私の小さな息子が最上階の寝室で寝ていて、中国の温度計で2ドルで判断しました（あなたはまだあなたの息子を起こさずに行って見なければなりませんでした） 温度は26を超えていたので、今度はリビングルームに行き、セントラルエアコンをオンにする必要があります。その後、温度が少し上がるたびにオンにならないようにオンとオフを切り替える必要があります。 夜の夏にこれを行うのは特に不愉快です。軽い毛布の下で凍ると、家族全員を目覚めさせずにコンソールに向かってリビングルームに走り込んで、前世紀のこの成果を削減するために、何度もジャンプする必要があります。 それから、私はそのような怒りを止め、「あなたの自慢のArdunyaはどこにいるのか、今ここに来て、彼女ができることを見てみましょう！」という言葉で友人を呼ぶ時だと気づきました。 私はそれをまったく選択せず、あまりにも価値がないとは思わなかったとすぐに言わなければなりません（たとえば、弦を扱う場合）、怒りと無力さからさえ、STM32のプロジェクトの途中でそれを続けました。 最後に、彼はまだ彼女と一緒にいましたが、最初のものが最初です。



すべてがこのように行われた理由と、パンに関する私の経験とベストプラクティスをどのように広めることができるかを理解しやすくするために、私たちは私の指先に何があるかを説明します：

1）カナダの民家（私は私のものと言いたいが、もちろん銀行に属し、どんなにばかげているように聞こえるが、現在の料金で全額払うことは利益を生まない） 2フロアですが、その半分はフロアのフロアに対して他の半分に対して垂直にシフトされます。

2）Arduino Uno（後で、Mega X10とラジオのI / Oの数が少ないため、必要でした）

3）高価でネイティブなイーサネットShild。 なんとか始めてENC28J60に適したライブラリを見つけることができませんでした

4）欲望、時間、そしていくらかのお金。

ここで慣習的であるように、寝室は最上階にあり、私にとっては、これはリビングルームの上半分の床であり、冷暖房システムの不気味なコントロールパネルが壁にねじ止めされていることがわかります。 ここでは、そのようなシステムはHVAC（暖房、換気、および空調）と呼ばれ、実際には通常の巨大なもの（数万BTUまたはそれらをトン単位で測定します）スプリットエアコン、路上および熱交換器の内部にある外部熱交換器およびコンプレッサーが組み込まれています1.5ポンドのファンで2つの熱交換器（一方はエアコンに、もう一方は燃料油またはガスバーナーから）を使用してリビングルームの床から空気を吸い込み、ダクトシステムを介して各部屋に送り込む中央換気システム。 ヒートポンプの便利さと名前は、このデバイスがフロンを両方向に駆動し、それに応じて家の空気を冷やすだけでなく加熱することができるという事実によるものです。 外の熱が0または-5（モデルと設計に応じて）よりも十分に大きい場合にのみ、彼はそれをあまり効率的に加熱できないことに注意する必要があります。 寒い場合、ヒートポンプは機能しません。このためには、燃料油またはガスを入れたタンクだけが必要です。



私は自分のプロジェクトと野心を小さなものから始めたので、このHVACがどのように作成され、どのように管理されるかを分析しましょう。 実際、悪魔はそれほどひどいものではありません。 利便性の1つは、米国ではなく国内のすべてのものの液体標準化です。これにより、オープンでシンプルな（場合によっては）よく知られた（通常は古代のコンドミニアム）プロトコル/標準に従って、ハリネズミとヘビを交差させることができます。 私たちの場合、システム自体（バーナーファン、熱交換器は1つのメーカー、2番目のエアコン、3番目の加湿器、4番目の加湿器から購入できます。正直に言うと、このようなデバイスがヨーロッパでも呼ばれる/制御されるかどうかはわかりませんが、すべてがスリムであるか非常に似ていると思います私の知る限り、そのようなシステムはすでにロシアに存在し、どこからでも/より安く輸送されているので、そのようなシステムに出会う​​チャンスがあります。開始する前に典型的なシステム接続の図を見てみましょう システムにクラッシュします。

ご覧のように、ほとんどすべてが一目瞭然です。 説明する必要があるのは、コントロールユニットに電源が供給され、24ボルトの交流によって熱自体が制御されることだけです。 入力トランスRおよびCから供給されます。ラインCは共通であり、常に接続されています。 したがって、R（短絡）をそれぞれY、O、WまたはGに適用すると、スイッチがオンになります。 ブロック。 これから構築します。 それで、もしそれらが含まれているなら、私たちはさらに悪いのですか？ 新しいシステムに既存のシステムを補完させましょう。 これらの制御は以前のように古いリモートコントロールとコントローラーから実行できますが、必要な場合にのみ、Arduinoは古いシステムをコントロールから切断し、溝を自分の手に取り戻して戻すことができます。



そして、電力が供給されず、一般的に接続が切断されても、以前の設計を保持するように配置します。 R-0は標準制御モジュールを無効にし、Arduinに制御を転送します。 R-1-4は適切なラインに目的の電圧を供給します。 この制御電圧Rは、緑のワイヤによって各リレーに供給されます。 もちろん、管理するのは良いことですが、システムは深刻であり、誤って、または実際に何か間違った組み合わせや間違った組み合わせで電源を入れた場合です。 たとえば、熱交換器は暖まり、ファンは空気を流して熱を除去せず、過熱して火災を引き起こす可能性がありますが、まったく必要ありません。 そのような状況を避けるために、三重の防御を作ろう。 したがって、最初の要塞は各ラインS1-4の電圧センサーになります（4pにする必要があります）。



それらは、2つの抵抗（分圧器）と小さな電解質を備えたダイオードです。 写真のように、ヒンジ式アセンブリにすることができます。 その結果、Arduinで各制御ラインに実際に電圧があるかどうかを知ることができます。 したがって、制御線（Y、O、W、G）の現在の状態が本来あるべき状態に対応していない場合、エラーコードを表示してシステムをオフにします。 次の要塞はオプションのプレナムセンサーです。 温度が高すぎたり低すぎたり（0Cに近い）場合は、再度コードを出力してシス​​テムの電源を切ります。 明らかに、arduino出力からリレーに直接電力を供給することは不可能であるため、各リレーのトランジスタを積み重ねるか、1つのボードに複数のリレーとトランジスタを備えた既製のモジュールを購入する必要があります。 私はibeiでコンポーネントの99％を購入します。 たとえば、井兵衛は約8ドルの8チャネルモジュール（8チャネル電子リレーモジュール）でいっぱいです。 または、4 + 2を購入できます（実際には5つと1つのスペアしか必要ないため）





温度と湿度のセンサーとして、中国のデジタルDHT22を使用しました 誰が自分自身をよく証明しています。 必要なのは、+ 5、GNd、およびデータの3本のワイヤーのみです。 ワイヤは、精度と信号を損なうことなく十分に長くすることができます。 1つのセンサーは、日陰で直接の湿気からキャノピーの下で通りに投げ込まれます。 家の中の1つのセンサー。 何年も前に既に建てられた家では、通常、最大の問題は新しい電線を敷設することなので、現在の配線を最大限に活用しようとしました。 DHT22にはいくつかのライブラリがあります。 これ以外の人には問題がありました。 壁に取り付けられたリモコンの隣に内部DHT22を置きます。 HVACコントロールシステムを私の家のように家に設置していた場合、コントロールユニットからインジケーターとボタンを備えたリモコン自体がぶら下がっている場所まで6芯ケーブルが既にあるはずです。 現代のリモート（私のような）に必要なのは2本のワイヤーだけです。 したがって、4本の配線済みのワイヤを自由に使用できます。 それらで、+ 5V、GND、内部DHT22およびArduinaからの最後のシリアル（UART）Txのデータを実行して、ディスプレイに情報を表示します。



ディスプレイとして、 シリアルインターフェースを備えた小さな（2.5 cm）OLEDスクリーンを使用しました 。 はい、それは少し高価ですが、利用可能なものとはいくつかのユニークな違いがあります：シリアル（UART）インターフェースは、それを接続するために1本のワイヤのみを使用することを可能にします最後に、コンパクトさとコントラスト、そして明るい光と夜間の優れた読みやすさを兼ね備えており、夜間に常時バックライトが点灯しているLCDのように廊下全体を照らしません。



その後、配線、電源、無線モジュールを追加せずに、各部屋に温度センサーを配置する方法の問題が発生しました。 センサーとして、デジタルDS18B20を選択しました。 （良好な精度+-0.5C）これは2本のワイヤ（グランドと信号）のみを必要とします。 これらは、これらの2本のワイヤーに並行してたくさん吊ることができます（それぞれに固有のMACアドレスがあります）。 しかし、すべての部屋で2本のワイヤーを伸ばすことさえ、地獄のような労力です。 ここで私は夜明けしました。 結局のところ、すべての部屋に電話ケーブルが敷かれており、それは4芯であり、最良の場合、電話（通常は赤と緑）に2本のワイヤーが使用され、残り（黄色と黒）は私が必要とするすべての場所を通過し、自由なままです。 したがって、ワイヤを切断せず、必要な2本だけを露出させて、DS18B20に従って各部屋でそれらにはんだ付けしました。 ワイヤの全長は非常に長く、推奨される4.7 kOhmで信号線が（+ 5 Vで）支えられている場合、私の場合、センサーは事実上読めず、バッキング抵抗を半分に2.3 kOhmに削減し、すべて正常に機能しました。



それから圧力センサーに混乱し、高価なBMP085で停止しました ただし、I2Cインターフェイスを備えているため、脚と配線の数を節約できます。 彼はまだ自分の温度を読み取ることができるので、地下室に入れました。地下室では、新しいワイヤーを引っ張るのが簡単でした（4程度）。 私は、設計が分解されて修理されるように、標準の電話ケーブルとコネクタ（RJ11）を最大限に活用しようとしました-適切なものに交換しました。 このバロメーターをRTC（不揮発性クロックモジュール）と同じI2Cバスに接続すると、それほど明確な問題は発生しませんでした。 彼らは互いに干渉し、バロメーターを読み取る前にわずかな遅延を設定するまで、すべてが不安定に動作しました。 短時間の一時的な停電はそれほどまれではないため、RTCモジュール 私は不揮発性の時間のためにそれを追加しました。 x10を使用するときに基本的に必要です。 それを使用して、インターネットを介してNTPと自動的に同期したいという要望がありました（既にあるため）が、webduinoサーバーとNTPを横断することができませんでした。 その結果、Webインターフェースで設定やモードを変更するたびに、NTP時間（Unixエポック）がArduinoに送信され（RTCが更新され）ます。 これは、現在のコンピューターまたはモバイルデバイスの時間からJavaScriptによって取得され、常に正確で正しいタイムゾーンではないという欠点があります。



ペニー（$ 2）トランスミッターを使用して、無線ソケットArduinaをオンエアでコマンドを送信します モジュール。 彼らは、伊兵衛（「RFトランスミッター315 Mhz ..」で検索）および任意の店舗で1ダースです。 あなたのコンセントに合った適切な無線周波数を選択する必要がある唯一のもの。 残念ながら、私のソケットは標準のRCswitchライブラリで正しくサポートされていませんでした。 ライブラリの説明には、サポートされているチップのリストがありますが、リストにない場合でも動揺しないでください。ブロードキャストを手動で分析し、ライブラリなしで機能しました。 同様のソケットについて多くのことが書かれており、ライブラリで動作します。 特に、ここ： http : //habrahabr.ru/post/213425 http://habrahabr.ru/post/212215 110Vソケットを使用しました 。 無線制御には非標準のソリューションが必要であるという事実にもかかわらず、それは問題に対する最も単純で費用対効果の高いソリューションです。 つまり、バッテリーまたはその他のデバイス（必ずしも抵抗性ではない）を適時または手動でオンおよびオフにし、時には外部ライトをオンまたはオフにします。 Insteon、Zwaveなどには多くの場合不必要な追加機能がありますが、それらははるかに高価であり、インターフェースのオープン性に問題があるため、Arduinoは簡単なコマンドをデバイスに送信できます。 ソケットx10、Insteonなどの唯一の問題は、切り替え中に非常に大きな音でクリックすることです。 これは特に静かな夜に迷惑です。 別のニュアンス：x10は北米で投獄され、人気があったため、110ボルト未満でした。 ここでは、誰もが自分で選択します。 または、次の料金を支払う：

Z-Wave — , -, - , , – /. USB . ( ) OS ;

Insteon — , x10 - 110;

5-10 . 110 . , , () ( ) 1-Wire . …



( ). 1 . +5 ( 0 1) ( 5 +5). . () . . . () ( ).



( 2 ) , HVAC . : ? . ( ). . - . . . , , . FreeBSD Mac OS, BSD. / -2-4. .



RF, RTC, Uno( ). Mega . .



html Ajax Arduino web server (webduino) JQuery Mobile. , .



, , ( ) . . . , . . , . ( AUX 10). () . つまり 21 , 20 . , 10 , . , . . . 10 html(JS) , HTML . . . ( 1-2 ) . . . 24 (x-, - ). .



SET. /. . ,

. SET OFF . . heat_temp html(JS) , .



10 . : ON — ( ), OFF ( ), Split — . . Apply . . . . ON — , OFF ( ), Split( )- , Day — ( ), Day&Night — . Split. Apply .



Override. . . . Overrride. OFF Override. upd_interval ( html ) . = 60 . .



(pool). -5 . RF / . . pool x10pools[17]={0,0,0,0,0,12,0,0,13,0,0,0,0,0,0,0,0}. . poolt ( html ) delta_temp * poolf ( html ). delta_temp ( html ) . +-. ( — delta_temp) ( + delta_temp). 0.5 .



. . (JS Ajax html ) (Arduino) . HTML , . ( ) ( ) . Arduino web server IP , . HTML Web . HTTPS . , Arduino ( Dinamic DNS Port Foewarding). http://myhosting.com/index.html?http://myhome.slyip.net:8081/hvac. Arduino . , . ( HTTPS ) Arduino Web Shield - . TP-LINK TL-WR703N wifi bridged web Serial(UART) Arduine, ( ) . STM32 ( ) .





B 1.0.1, HTML GUI .