「スマートホーム」は、ギークエキゾチックの領域からかなり手頃な価格のテクノロジーの方向にますます自信を持って移行しており、これにより、より快適で便利で、エネルギー効率がよく、一般的に「いいね！」 そして、この記事では、私のアパートに「スマートホーム」システムを作成した経験を共有したいと思います。

ソケットについて少し

私の妻は、すべてのソケットをオフにするのが大好きです。 去るとき、彼女はすべてを引き出し、それから私は家に戻ってそれを戻します。 私はそれが好きではありません。 私はさまざまなことを試みました：私は尋ね、説得し、説得し、脅しました-何も助けませんでした。 そして、競合を解決するためのハイテクな方法を見つける必要があると判断しました。アパート全体でプラグを物理的に引き抜く必要がないように、何らかの方法でソケットを切り替えます。



まあ、手にもはんだごてがあります。 実装について考え始めました。 しかし、すぐに多くの質問が起こりました。 たとえば、制御に使用するコントローラーはどれですか？ AtmelのAVRシリーズのコントローラーのプログラミングの経験がありました。 すべてが非常に単純に見えます：リレー、1つのコントローラーピンの分離と制御のためのトランジスター。 2つのタスクがありました。 まず、コントローラーとリレーに電源を供給し、次にコントローラーを制御する必要があります。 食物には3つの選択肢がありました。 最も簡単な方法は、バッテリーで駆動することですが、バッテリーが切れてしまい、交換する必要があり、不便です。 2番目のオプションは、220-> 5コンバーターを各コンセントのコントローラーのすぐ隣に配置することです。 この方法は優れていますが、既成のコンパクトコンバーターは見つかりませんでした。自分でコンバーターを台無しにしたくなかったので、台無しにしてアパートを焼くのが怖かったです。 3番目のオプションは、各コンセントに外部電源を供給することです。 コントローラを制御する問題は、無線制御とワイヤ管理という2つの基本的な方法に分かれています。 ワイヤーを使用したオプションは最もシンプルに見えますが、各コンセントにコードを接続する必要があります。 私自身は、アパートで次の修理を行うとき、事前にそれを予測し、各コンセント、たとえば5番目のカテゴリのUTPに電線を持ち込むことにしました。 しかし今のところ、既存の未接続ソケットを処理する必要がありました。



最終的に私自身の管理システムの開発を放棄せざるを得なかった最後の質問は、「ライブテスト」でした。 動作中にマイナーアーキテクチャとファームウェアのバグを直接デバッグする必要がありますが、これはもちろん不満の原因となります。







私は、「スマートホーム」を構築する既存の既製システムの研究を始めました。 私はすぐに、モジュールの接続をワイヤレスにすることを決定しました。 技術を選択することは残っています。 最初は、Wi-FiとBluetoothの2つのオプションがありました。 それらは非常に一般的で、多くの既製のソリューションがあります。 ただし、2.4 GHzで動作するWi-Fiは、ネットワークの点ではあまり便利ではありません。 アクセスポイントを設置する際の高い拡散と規制の欠如により、この周波数は非常にノイズが多くなりますが、隣接するルーターが動作しているときにソケットをオフにする必要がないように、多少安定したシステムが必要です。 しかし、これは最も深刻な問題ではありませんでした。 Wi-Fiのはるかに恐ろしい敵は電子レンジです。 そのマグネトロンは2.45 GHzの周波数で放射するため、自宅の電子レンジをオンにすると何も動作しません。 ストリーミングBluetoothオーディオが消え、Wi-Fiビデオストリーミングが消え、ファイルがダウンロードされず、ページが開かない-何もありません。 また、電子レンジがどのような設計で内蔵されているか、自立型であるかは関係ありません。干渉が発生する可能性があります。







そのため、Wi-FiとBluetoothの使用も拒否しました。

Z波

私は他にどんな解決策が存在するかを研究し始めました。 たとえば、ZigBeeにはいくつかの周波数標準があります。2.4GHzがあり、約1 GHzがあります。 しかし、その後、Z-Waveについて語ったHabréの記事に出会いました。 感動しました。 ベースのZ-Waveモジュールは現在、世界で2社のみリリースされています-これらはシグマとミツミです。 そのサイズは1センチメートルあたり約1センチメートルです。 実際、それはトランシーバーを備えたマイクロコントローラーです。 再フラッシュすることもできますが、ほとんどの場合、ボードの上部に完成した形でマウントされ、UARTで接続され、トランシーバーとして機能します。







Z-Wave互換バッジの受け取りを希望するすべてのデバイスは、認定を受ける必要があります。 プラットフォームは閉じられているため、互換性の面でいくつかの利点があります。 比較のために：販売用の家庭用のBluetoothソリューションはたくさんあり、それらのほとんどすべては互いに互換性がありません。 また、すべてのZ-Waveデバイスは、単一のクローズドスタンダードのおかげで互換性がありますが、それでも進化しています。 有料のSDKを利用できます。費用は約2000ドルです。 つまり、自宅で1つのものをはんだ付けする場合、それは高価です。 そして、本番環境をセットアップする場合、2千台のデバイスに分割することで、わずかな差額しか得られません-悪くはありません。



Z-Wave規格の通信範囲は約30 mで、その利点の1つは、デバイスがメッシュネットワークに組み込まれ、ほぼすべてのモジュールにルーティングテーブルがあることです。 信号をキャッチすると、どのモジュールもそれをさらに送信する必要があるかどうかを認識します。 つまり、ほとんどすべてのモジュールもリピーターです。 Z-Waveには、リレーに参加しない「スリープ」デバイスがあるため、ほとんどです。 このようなデバイスは通常、バッテリーで動作し、必要なときに通信します。



ネットワークが近隣ネットワークを独自のネットワークとして受け入れないように、各ヘッドコントローラー用に生成されたトークンが使用されます。 ネットワーク内には、ヘッドコントローラーと周辺機器があります。 最初のインストール中に、コントローラーは独自のトークンを生成します。その後、バインド手順が発生します。最初にアクチュエーターがコントローラーに接続され、そのトークンを記憶し、次にデバイスがネットワークに接続されます。



Amazonは大量のZ-Waveデバイスを販売しています。 ソケットとスイッチに組み込まれたモジュールがあり、セキュリティシステムを構築するためのモジュールがあります。 ロック、サイレン、照明、煙探知器、漏水探知器-なんでも。 自動猫フィーダーも見つけました。



動作周波数については、900 kHz付近です。 この周波数は世界のすべての国に開かれているわけではないため、各国では認証を受けてこの技術を使用する許可を取得する必要があるため、キャリア周波数は国によってわずかに異なります。 ヨーロッパで周波数が868.42 MHz、ロシアで-869.0 MHz、米国およびカナダで-908.42 MHz、香港で-919.82 MHz、オーストラリアで-921.42 MHzであるとしましょう。



ヨーロッパ向けに作られたモジュールを購入すると、プログラムでロシアの周波数に転送できます。 同様に、香港とオーストラリア向けに作られたデバイスの周波数をプログラムで切り替えることができます。 しかし、アメリカのデバイスは切り替わりません。 したがって、同一のデバイスには3つのカテゴリがあり、それらがどの地域向けに作られているかに注意する必要があります。 香港やオーストラリアに会う可能性は低いので、アメリカ、ロシア、ヨーロッパにのみ注意を払ってください。



メッシュネットワークを構築する場合、Explorer Frameモードが使用されます。 このモードでは、すべてのデバイスが「サイレント」で、コントローラーがネットワークスキャンを開始し、デバイスが順番に応答し始めます。 各デバイスが独自のルーティングテーブルを作成すると、一種のロールコールが発生します。 たとえば、家具を再配置した後にこのモードを有効にすることをお勧めします。これは、移動したキャビネットが一部のデバイス間の信号を遮断し始めたが、他のデバイス間のスペースを開いた可能性があるためです。 一般に、この規格は、オープンスペースおよび最大10 mのアパートで30 mの距離で安定した動作を保証すると考えられています。もちろん、アウトレットニッチにあるモジュール間の安定した通信距離はさらに短くなりますが、ルーティングにより、すべてが非常に安定して動作します。



では、市販のコントローラーについて話しましょう。 最も一般的なのは、FibaroとVeraの2つのブランドです。 フィバロには、ホームセンターとホームセンターライトのシリーズがあります。 また、Veraには2つのシリーズのコントローラーがあり、1つは高価で、2つ目は安価です。 それらはすべて基本的なルールセットをサポートしており、あるデバイスの電源を入れると、別のデバイスがアクティブになり、しばらくしてからオフになるか、他の何かを実行できるようになります。 しかし、より複雑な動作を実装する必要がある場合は、自分でプログラムする必要があります。 使用される言語はLuaです。



3つ目の、あまり一般的ではないブランドがあります-Zipaboxですが、これらのコントローラーは、説明から判断すると、高度な自動化をサポートしていません。 それにもかかわらず、Zipaboxは、コンストラクターとしてドッキングする拡張モジュールを備えているという点で興味深いです。



しかし、ここではRaspberry Piに関連する別のプロジェクトについて説明します。 これは、可能な限り安価なハードウェアを独自に作成することを決定したコミュニティプロジェクトです。 現在、小売店でのRaspberry Piのコストは約4,000ルーブルです。 Amazonでは50ドルで購入でき、現在のレートではほぼ1.5倍安くなっています。 Raspberry Piは、JSでオートメーションを記述できるユーザーインターフェイスを備えたWebサーバーを構築します。



使用されるハードウェアは、RaZberryと呼ばれる拡張ボードで、次のようになります。







Raspberry Piの拡張ポートに配置されます。







コントロールパネルインターフェイスの例を次に示します。 ブラウザに表示され、タブレットでうまく機能します。







以下は設定の例です。 どの時点ですべてのデバイスが動作するかを確認したり、接続を確認したり、ルーティングテーブルを確認したりできます。











Z-Wave.Meの利点の1つはオープンプロジェクトです。GitHubgithub.com/Z-Wave-Me/home-automationへのリンクがあります。 開発チームはさまざまな国に散らばっています。ロシア、ドイツ、スイスで、「インターネット上にオフィスを構えています」と書かれています。 インターフェイスはGitHubから無料でダウンロードできます。必要に応じて、自分で何かを再構築できます。



これらはすべて管理パネルから完全に管理されますが、誰にとっても便利ではありません。

運営管理

コンピューターから管理パネルを使用するよりも便利なシステム管理を実装する方法を考え始めました。 現在、AndroidとiOS向けのアプリケーションがあり、2年前にはAndroidの公式クライアントが望まれていませんでした。 私はまだそれを使用する方法を理解していません。 つまり、私は見つけ、構成し、接続しましたが、使用できませんでした。 当時私はWindows Phoneの支持者であり、その下にはクライアントがいませんでした。 クライアントはひざまずいて自分で書いて、スイッチが同期しなくなったとき、妻が私に助けを求めました。



1年前の2015年2月から3月にかけて、PebbleはPebble Timeと呼ばれる新しいバージョンの時計を作成するための募金活動を開始しました。 私はプロジェクトを支援し、10月までに時計はすでに自由に使える状態にありました。 スマートホームを管理することは素晴らしいことだと思いました。 結局のところ、電話は常に私のポケットにあるとは限らず、家ではどこかに置くだけで、時計は通常私の手にあります。 さらに、Pebbleは、Android WearやApple Watchの時計とは異なり、iPhone（当時使用していた）とAndroidスマートフォンの両方に接続します。

小石

ペブルには多くの利点があります。







まず、1回の充電で1週間働きます。 Apple Watchユーザーは、夕方までに運動を探す必要があるときにこの痛みを知っています。 さらに、ペブル画面は常にカラー電子インクに基づいて作成されるため、時間を表示します。 2つの主要なオペレーティングシステムがサポートされています。 時計は防水です。 また、ハードウェアポートもあります。 自分でできるスマートストラップが接続されています（PebbleのWebサイトに詳細な説明があります）。



しかし、あなたはすべてにお金を払わなければなりません。 タッチスクリーンなし-ボタンコントロール（4つのボタン）。 しかし、一方で、タッチスクリーンに絶えず問い合わせる必要はないため、時計は充電せずに長時間動作します。 2番目の欠点-ディスプレイには64色が表示されます。



Pebbleは、OpenRTOSベースのオペレーティングシステムを搭載しています。 ウォッチアプリはWebアプリに似ています。 フロントエンドはクロックで実行され、Cで記述され、バックエンドは電話で実行され、JSで記述されます。 Webアプリケーション開発者は今、ぞっとしています。CのフロントエンドとJSのバックエンドはどこにあるのでしょうか。 しかし、これは簡単に説明できます。Cは、コンパイル用の最もコンパクトな言語であるため、組み込みアプリケーションの作成に非常に便利であり、JSの利点は、iPhoneとAndroidで同等に動作することです。 JSは電話内で動作し、インターネットアクセスとGPSアクセス用のインターフェイスを提供します。 時計自体には、加速度計、ジャイロスコープ、磁気コンパス、つまり鉄の基本セットが組み込まれています。



その結果、「スマートホーム」システムを管理するアプリケーションを作成しました。 最初に時計の最新バージョンを使用し、次に白黒画面を備えた最初のPebbleモデルのサポートを実装しました。











設定について少し。 それらはHTMLページの形式で作成されます。 開発のために、PebbleはSlate Frontend Frameworkを使用することをお勧めします。 このページはWeb上に配置する必要がありますが、インターネットに接続しなければ何も設定されないため、それ自体は奇妙です。







アプリケーションを作成した後、公式アプリケーションストアに投稿し、それを忘れました。 40人がインストールし、フィードバックを受け取り始めました。



私は長い間Cをプログラミングしていませんでしたが、恐ろしいことに、メモリの割り当てによって、さらに悪いことに、そのリリースを手動で操作する必要があることを思い出しました。 そのため、最初のバージョンでは、所有していた8つのデバイスに対して静的アレイを作成しましたが、これはすべて自宅で問題なく機能しました。 ただし、8台以上のデバイスがあるネットワークでは、もちろん機能しませんでした。 そして、最初の応答はデンマークからでした：「もっとできるか？」と私はもちろん言いました：「それは可能です」そして別の夜に、アプリケーションを動的配列に切り替えました。 同志は幸せでしたが、それほど長くはありませんでした。



彼は約54の論理デバイス（スイッチとセンサー）を持ち、1つの物理モジュールが一度に複数の論理デバイスになることが判明しました。 たとえば、自宅にはセンサーがあり、これは同時に動き、温度、湿度、および光のセンサーであり、システムでは4つのセンサーとして表示されます。 そして、Daneには50を超える人がおり、何かをオフにするために非常に長い時間リスト全体をスクロールしなければならないと不平を言いました。 私は正確に1つの夜を考え、1つのことを思いついた。 Z-Wave.Me管理パネルでは、デバイスにタグを掛けることができ、Pebbleタグを追加することにしました。 そして、ウォッチ設定で、このタグでマークされたデバイスのみが画面に表示されるときにモードに入ります。 つまり、ユーザーは見たいものを選択し、このタグで対応するデバイスをマークします。 友人はそれが素晴らしいと書いた。 現在、彼は時計から直接制御する5つのデバイスを所有しており、非常に満足しています。



それから私のプログラムの別のユーザーが私に書いた、彼は別の問題を抱えていた。 このアプリケーションはセンサーを巧みに表示し、さらにスイッチのオン/オフのみを制御できました。 ただし、調光器など、0〜100％の値を設定できる多くの管理対象デバイスがあります。 または、任意の色を設定できるRGBモジュール。 そのようなデバイスのサポートを追加することに同意しましたが、彼のネットワークの構造を送信して、それらがどのように見えるかを確認するように依頼しました。 彼は送った、私は見た-彼らはクールに見えますが、それをどうするかは明確ではありません。 私は設定に入り、Z-Wave.Meに仮想デバイスがあることを知りました。 このようなデバイスは、マルチレベルスイッチなどのタイプに設定でき、仮想調光器になります。







彼は何も制御しませんが、調光器のふりをします。 なぜ「何も制御しない」のですか？ それ自体を制御します。 時計から値を設定すると、ダッシュボードで値が表示されます。 調光器のサポートを実装するにはこれで十分でした。



次に、RGBを取り上げました。 これは、任意の色を表示できるLEDストリップの管理です。 RGB照明はZ-Wave規格に登場したのはそれほど前ではないため、最初はシステム内の3つの調光器のように見えました。 つまり、すべてのデバイスが3つの調光器であると報告し、赤、緑、青のチャネルを個別に制御することができました。 最新の制御システムの古いデバイスでの便利な作業のために、3つの調光器を設定できる仮想RGB照明デバイスを作成しました。







Dummy Dimmerの設定方法はすでにわかっているので、Dummy RGBを作成できます。 これもうまくいきましたが、色管理サポートをまだ実装していないため、「顧客」のみの調光器コントロールを送信しました。 そして彼のために、私は白黒の時計のサポートをセットアップしていました。

仮想デバイス

Z-Waveの仮想デバイスのパワーは何ですか？ 仮想HTTPデバイスを取得します。 また、Z-Wave標準と互換性がないが、HTTPリクエストを使用して制御される他のデバイスを使用できます。







次に、含めるHTTPリクエスト（プルするアドレス、シャットダウンリクエスト、デバイスステータスを受信するために送信する必要があるリクエスト）を作成します。 ほとんどの場合、Z-Waveをサポートしていないデバイスは、オン/オフ応答もサポートしていません。

それをサポートするために、インラインJavaScriptを入力して、デバイスからの応答をオンまたはオフに変換できます。 また、仮想デバイスがあると、さらに何でもできます。 たとえば、ESP8266コントローラーに基づくデバイスをこのシステムに統合します。 つまり、デバイスが応答できる3つの端を作成し、ストラップを付けます。

シーン

これは、論理デバイスの状態のセットです。 シーンをオンまたはオフにすることはできません。アクティブにすることしかできません。 たとえば、家を出るときにアクティブにするアウェイシーンを作成しました。







彼女はバスルーム、トイレの照明をオフにし、バスルームとキッチンのソケットをオフにします。 アウェイシーンのアクティブ化は、自宅で管理しているすべてのものをオフにします。 バックシーンもあります。 2つのソケットを元に戻しますが、軽量ではありません。 結局のところ、戻ってきたら、必要なときにライトをオンにします。



計画として、機械化されたバルブを設置し、ワンクリックで水を遮断し、家を出るというアイデアがあります。 バルブは非常に高価です。 しかし、洪水の隣人はさらに高価になる可能性があります。 繰り返しますが、スタンドアロンの漏れセンサーがあります。 バスルーム、トイレ、キッチンに置いてください。漏れが発生した場合、バルブは自動的に遮断されます。



そして最後の1つ。 クロック制御は優れていますが、自宅でしか制御できません。 また、外部から制御したい場合は、Telegramのボットを作成できます。 私はそれをシンプルにしています。彼らは彼にLightコマンドを送信し、「どこで？」と尋ねます-トイレとトイレの絵文字を示しています。 あなたは場所を選択し、彼は尋ねる：「何をすべきか？」-電球と黒い電球を示しています。 あなたは黒を選んで、彼は言います：「わかりました、浴室の明かりは消えています。」

おわりに

「スマートホーム」に対する私の熱意は流入にありました。 ある時点で、私はアイデアに興奮し、モジュールを注文し、トイレとバスルームの照明のみを制御するモジュールを組み込みました。 モーション、温度、湿度センサーも注文しました。 バスルームにぶら下がってクールな自動化を行いました：トイレのライトは15分後に自動的にオフになります（オフにするのを忘れた場合）。入るときにバスルームのライトがオンになり、モーションセンサーを使用して15分後にオフになります。 それと一緒に暮らすことが不可能であることを除いて、すべてがクールです。 特にWi-Fiがトイレでよく捕らえられている場合は、実際にトイレで15分間では十分ではないことが判明しました。 そして、彼はよく捕まります。 待機時間の増加は役に立たなかったので、この自動化をオフにして、別のモーションセンサーを注文しました。



バスルームの自動化は簡単です。入る-ライトが点灯し、消灯する-消灯します。 便利に。 ただし、最初はあまりうまくセットアップできませんでした。 モーションセンサーは入り口にあり、シャワーに入ってカーテンを引くと見えません。 したがって、15分後にライトが消えます。 カーテンを開き、手を振ってカーテンを引き戻す必要があります。 この問題は、カーテンの両側の動きに反応するようにセンサーを浴室の中央に移動することで解決しました。



現在、主にシーンのアクティベーションを使用して、家を出て帰宅します。 しかし、将来、より多くの管理対象デバイスが登場すると、管理に関する興味深いルールがますます増えます。