InsecTum

Мои приветствия. В прошлой части мы собрали основу умного дома, это главный контроллер и роутер, которые будут объединять сеть в одно целое и управлять подключенными устройствами. Необходимо сделать ещё пару предварительных шага, которые нужны для дальнейшей связности нашей темы, а после можно приступить к программированию системы и самому интересному (монтаж, его налево).

Сегодня мы говорим о проектировании. Информационная система должна выполнять поставленные ей задачи, поэтому готовим для неё область решения задач. Строго говоря, сделаем так (далее очень плохое техзадание, никогда так не делайте, надо описывать точно и предметно, но я делаю для себя и мне можно) - "Хочу красивое. У меня есть дом и участок, пусть будет карта. Хочу быть в курсе всего и управлять всем подряд. Чтобы видел что окна закрыты и двери закрыты, чтобы счётчики не лазил смотрел, а в телефоне видел какое показание передавать. Чтобы температуру видел в погребе, в зале, на улице, гараже, теплице. Хочу чтобы протечки и открытые краны система видела и предупреждала. А если никого дома нет, то перекрыть воду. Система отопления прокачивается насосом, хочу им управлять с телефона, видеть температуру теплоносителя, видеть что не перегорел насос. И параметры напряжения чтобы видел, напряжение, ток, расход. И чтобы считало по тарифу за кубы и киловатты цену. И видеосистему, чтобы видел кто и как ходит. И видеозвонок чтобы говорить с гостями и пускать кого хочу. И свет, забыл где-то выключить, в телефоне нажал и оно само погасло. А на улице прожекторы, пусть ночью лампа включается, а ночью выключается по расписанию. А в коридоре проходной, чтобы вышел - свет зажёгся. Ушёл и он сам погас. Но по выключателю нажал и он горит пока не выключишь со стены, или в телефоне. Автополив для огорода по расписанию и если дождь был - пусть не поливает. И сигналка, чтобы если кто пришёл, открыл дверь - сообщение на телефон пусть приходит. И всё это простое, надёжное, без батареек. А теперь делай давай, вот тебе денег со сдачи с хлеба, должно хватить." На самом деле сдачи с хлеба не хватит, но мы отказываемся от сложных самостоятельных устройств завязанных на интернет и обходимся простой логикой и автоматикой.

Замеряем рулеткой всё что можно замерить. Позвольте рассказать Вам про черчение, это одна из основ всех проектных решений . Такие работы необходимо выполнять профессионалами, по секрету скажу - я не профессионал в чертёжном искусстве, поэтому будем не чертить, а рисовать. Берём рулетку, берём здравую логику и чувство стиля себе на вооружение и идём мерить что обычно не меряем. Стены и границы. Нас интересуют наружные, внутренние стены, размеры участка, створки дверные и оконные, места расположения щитов и конечных устройств/датчиков. Можно фотографировать, можно рисовать на бумаге, можно запомнить, или воображение Ваш лучший друг.

Создадим "План объекта". Экспликация объекта/помещения/здания/участка/этажей/системы управления в удобном и понятном виде. В нашем случае это общий план участка, первого этажа дома, подвала, огорода.

Составим себе список задач/устройств контроля и управления:

1. Температура и влажность на улице, во всех помещениях дома, в гараже, в теплице.

2. Датчики открытия створки (герконы) на окна и двери.

3. Управление освещением. Понимание где переключатель включён, где горит свет и возможность независимо переключить его как с клавишного переключателя, так и с веб-интерфейса.

4. Подключение счётчиков электроэнергии и водяных счётчиков для учёта расхода. Также для предотвращения несанкционированного прорыва и утечек.

5. Настройка и оповещение охранной сигнализации с реакцией на открытую дверь, включённый свет.

6. Видеонаблюдение с участка в интерфейсе HA.

7. Дверной звонок с видеоглазком и обратной связью.

8. Электрозамок на дверь с возможностью открыть/закрыть и контролем состояния ригеля.

9. Система отопления - датчик температуры и потока теплоносителя.

Начинаем начинать. План объекта. С этого всегда надо начинать, чтобы понимать предметную область. В зависимости от задач это может быть как сложная система на несколько объектов в различных частях страны, многоквартирный дом с диспетчеризацией всех квартир, частный дом, квартира, или отдельное устройство, созданное только чтобы считать значения счётчиков, или управлением освещением, моторами.

HA поддерживает графику png, jpg картинок, css стили, вёрстку и web-дизайн, поэтому будем чертежи переводить в рисунки. В принципе, делать чертёж можно тем способом, который Вам более удобен, от спецализированных планировщиков до обычных рисунков вплоть ручкой/карандашом на бумаге. План дома и участка мы будем чертить в программах "Дизайн Интерьера 3D" и "Ландшафтный Дизайнер 3D", а режимы освещения делать в Adobe Photoshop, они простые и удобные чтобы сделать красивую картинку. Существует бесплатная "Sweet Home 3D" с большой библиотекой мебели и специальным плагином для импорта в HA режимов освещения, но мне показалось это чуть сложнее первой связки. Компоновку принципиальной и линейной схемы будем делать в программе Splan, в ней удобная компонентная база, возможность добавить свои устройства.

По возможности красиво и более-менее точно составляем приятный глазу эскиз, его мы будем использовать как визуальный ориентир для веб-интерфейса. Далее нам необходимо:

1. Указать лампы освещения.

2. Указать выключатели.

3. Указать створки.

4. Указать места крепления щитов управления.

5. Указать места крепления датчиков температуры/влажности.

6. Указать места счётчиков воды и электроэнергии.

7. Указать место ввода воды.

Мы здесь не затронули отопление, автополив, видеонаблюдение и многое прочее, но система расширяемая, поэтому сделаем это позже.

После того как будет понятно расположение устройств, необходимо рассчитать протяжённость кабельной линии, типы кабелей и воздушные/подземные лотки для них. Ох мама, за что мне всё это? Ну надо, так надо. Считаем (нет).

Считать мы будем в следующий раз. Определимся какие датчики будем использовать, сколько их необходимо, какие провода, какие линии, где размещать и уже обозначим какую никакую конкретику.

Да, здравствуйте. В прошлом посте мы наметили наш путь от дремучего "сам руками включу, сам глазами посмотрю" до великого "оно само". Но путь этот труден и опасен, идти по нему придётся небольшими шагами, чтобы не споткнуться о камень непонимания. Следующий шаг довольно простой и даже банальный, это - выбор оборудования и установка на него центрального ПО, а также настройка локальной сети.

Мы будем устанавливать HA OS (home assistant operation system) на МиниПК, конкретно на процессорную линейку Intel N* (95, 100, 150), сборки ПК на процессорах данного типа являются недорогими и достаточными по мощности для наших задач. Для своих задач я использую модель SOYO Мини-ПК Intel N95, RAM 8ГБ, SSD 256ГБ за 7т.р., но есть проблема, что вентилятор на охлаждение процессора со временем выходит из строя и требует обслуживания, также именно в этой модели не поддерживается сетевой проводной адаптер, поэтому к локальной сети этот МиниПК подключён через беспроводной роутер. Также рассматривал и приобрёл модель OUMAX Мини-ПК Intel Alder Lake N95, RAM 8 ГБ, SSD 256ГБ за 18т.р., уже удачнее модель и корректно работает проводной сетевой интерфейс, но также могут быть проблемы с вентилятором. Ещё существует китайская фирма по производству промышленных МиниПК, например удачная модель XCY X30G Mini PC, эта модель является промышленным стандартом, поставил и забыл, но стоит в районе 30т.р. Плюс-минус по совместимости оборудование может меняться по Вашему требованию, но мы идём к системе независимой автоматизации "Настроил и забыл", поэтому берём небольшие модели, способные уместиться в электрический щит на стене.

Роутер для локальной сети может быть любой на Ваш вкус, но для удобства и бесперебойности мой выбор также пал на SOHO модели mikrotik, а именно RB941-2nD за 2т.р. и RB952Ui-5ac2nD за 6т.р., последний будет поинтересней, мощнее процессор и присутствует usb-порт для GSM модема.

Флешка на 16ГБ с записанным образом Ubuntu и актуальной версией haos на x86-64 архитектуру.

В принципе для первоначальной установки этого хватит, наличие рабочего ПК и клавиатуры с мышкой для настройки мы примем как само собой естественный фактор, без рабочего ПК практически невозможно программировать систему в том виде, в котором мы этого хотим.

На самом деле инструкций по установке HA OS на ПК очень много в сети интернет, существуют различные виды сборок, такие как контейнер, виртуальная машина, операционная система на чистое железа, её мы и возьмём для наших задач, установочный образ с официального сайта. В поисковике вводим home assistant installation, спускаемся до "Install Home Assistant on x86-64 machines", проходим по tutuorial, ищем "download the image", качаем актуальную версию (в нашем случае это файл haos_generic-x86-64-17.3.img.xz).

Также необходимо взять образ Ubuntu Desktop, Intel or AMD 64-bit architecture и программу для записи образов Rufus. При помощи Rufus записать образ Ubuntu на флешку, положить в папку distr уже на флешке образ haos.

Предварительная настройка BIOS в миниПК - включение при подаче питания, остальное можно оставить по умолчания.

Готовую флешку вставляем в выключеный миниПК, выбираем в быстром меню загрузку с флешки, в Ubuntu открываем поиск, вводим discks, выбираем SSD, три точки напротив - восстановить из образа, образ haos ищем в папке /cdrom/dists/, ждём восстановления диска и перезагружаемся с вытаскиванием флешки.

Обязательно в сети должен быть DHCP-сервер с раздачей адресов с доступом в интернет, откуда HAOS подтягивает первоустанавливаемые пакеты, но это обычный роутер чаще всего.

После успешной установки собираем комплектующие в подходящую коробочку. Для этих целей я выбрал щит навесной наружного монтажа на 36 din-модулей. Но при необходимости вид компоновки может отличаться вплоть до скрытого монтажа. Крепления на din-рейку также можно спроектировать и напечатать на 3Д-принтере, выстрогать из дерева, сделать из кусочка листового железа, или скрутить проволочками, зависит от предпочтений.

Подключаем питание к роутеру и главному контроллеру (нашему МиниПК, теперь на него возложено звание ГК-01), система должна получить ip-адрес с роутера, на нём же в веб интерфейсе можно его узнать и в любом браузере зайти с добавлением порта :8123.

1. http://homeassistant.local:8123 - имя хоста, в одной сети устройства видны друг другу и можно зайти по имени и порту.

2. http://10.0.13.253:8123 - по ip-адресу, его можно узнать в роутере системы.

В итоге у нас на данном шаге собрана автономная система для конфигурации под наши задачи. Зачем? А надо, мы же не в дремучем лесу сейчас живём, а существует охота управлять с телефона светом, смотреть где открыты окна, где течёт вода, какой расход на счётчиках, получать сигнализацию о несанкционированном входе посторонних лиц в ваше отсутствие и самолично через камеры посмотреть на них и возможно даже поговорить и дать советы где деньги лежат. Или смотреть на котиков дома.

Дальше мы должны заняться такой штукой страшной - проектирование. Это когда меряешь стены, пол, потолок, ограду, себя померь, рисуешь 2Д-план, чертёж, эскиз, 3Д-план, рисуешь провода, рисуешь куда они должны идти, рисуешь то, зачем эту систему в принципе установил. Не, из коробки в HA есть интеграции и дополнения, это уже возможность управлять устройствами по Wi-Fi, например можно сделать пульт от пылесоса, или телевизора LG с webos, управлять умными лампами и устройствами, которые подключаются к Wi-Fi. Но моя задача - сделать на дешёвых датчиках и проводах, где посредником будет esp32-вторичный контроллер и минимум умных устройств. Такие дела.

Мои маленькие приветствия. Позвольте поделиться забористой клюквой современного мира, которую недавно мне довелось открыть. Наше окружение всё больше и больше напоминает оживающую магическую реальность внутри обыкновенного физического мира, что равнозначно вводит в недоумение инженеров-физиков (что практиков, что теоретиков), поклонников фэнтези миров и начинающих и не очень волшебников.

О чём хочу рассказать? Об удобстве и возможностях по управлению своим домом, что недавно достался в наследство. В квартире это незаметно, но дом с участком хочет постоянного контроля. Где-то лампочка в гараже горит, где-то вода течёт и делает помидоры водоплавающим растением, или протечка возвращает водные ресурсы прямо из трубы через несанкционное отверстие обратно матушке природе, а ты и не знаешь, но исправно платишь за подобного рода диверсию. Также есть расход электричества, показания на счётчиках, открытые/закрытые проходы, температура в отдельных помещениях, обогрев, соседи, гости, климат, полив растений и прочие удобства, о которых хотелось бы быть в курсе. А как быть, если на работе проводишь часов 12, а иногда хочется быть уверенным что с домом всё в порядке? Или в родительском доме всё хорошо и спокойно, двери и окна закрыты, вода не бежит, свет не горит.

Решение нашлось. Честно, такого удобного способа лет 10 назад ещё не было, но сейчас развитие умных домов дало конкуренцию на рынок. Искал что-то недорогое и функциональное, с возможностью расширения и простотой в обслуживании. И нашёл неплохую связку продуктов Home Assistant и контроллера esp32. И это бувально маленький клочок магии в нашем мире, где роль волшебной палочки играет смартфон.

Что такое связка этих двух сущностей?

Home Assistant - это буквально SCADA для самых маленьких, что бы это ни значило. Это операционная система на любую x86-64 систему (просто компьютер), которая собирает данные и управляет любыми подключаемыми устройствами. Абсолютно любыми - где течёт электричество, значит этим можно управлять. Мебелью нельзя, там например нет тока, но можно поставить герконы на створки и лампочку внутрь, чтобы шкаф был как холодильник, при открытии гардероба зажигалась лампа внутри и было бы светло. И при этом всегда можно посмотреть в телефоне график открытия/закрытия и отключить автоматизацию в дневное время суток. А можно поставить на него электронный замок с картой доступа и всегда знать кто сколько времени одевался и кто забыл закрыть створку и она стоит открытая и раздражает. Как сказал великий, с одной стороны можно, но с другой стороны - а зачем такие сложности? В нашем случае обойдёмся более востребованными вещами - освещение, вода, электричество, счётчики, протечка, открытые двери и температура. Для этого необходим интерфейс взаимодействия с датчиками. Его роль будет играть контроллер.

Esp32 в нашем случае это универсальный и энергоэффективный контроллер-посредник между физическими аналогово-цифровыми сущностями, которые требуют тока в разном размере и количестве и программно-магическим ядром управления системой Home Assistant, который настроен согласно воли хозяина и выполняет все запросы по первому требованию, что возвращает нас к франшизе Доктора Франкенштейна и его помощника Игоря, да простят меня авторы сего произведения данную аллюзию.

Что я хочу сказать. Это сложно. Это чертовски сложно, но одновременно безумно интересно.

Расскажу про компоненты:

В качестве компьютера взял с рынка МиниПК, это обычный компьютер, но размером с 8 пачек сигарет горкой, модель Oumax n95, подошёл нормально, вместился в щит электрический и работает по проводам. Стоил на момент покупки 18т.р. Хорошее решение, но после полугода постоянной работы слышно стало дребезг вентилятора, есть безвентиляторные решения, но стоят уже 30+т.р.

Роутер Mikrotik hAp lite за 6т.р. Нужен для объединения устройств в сети, фирма выбрана как одна из самых надёжных решений, работает годами без проблем. Количество коммутируемых устройств в плане адресации локальной сети может достигать количеству звёзд на небе, какого-то ограничения по количеству каналов не заметил.

Щит навесной на 24 модуля за 1800р., автомат на 6А за 500р., переходники мама-мама под ethernet 3*300р., провода, вилки, розетки и прочее в щит ещё на 500р. Крепления я печатал на 3D принтере, но при условии что вместо них можно приколхозить проволочки, оставим их стоимость в разделе прочее.

Итого на щит главного контроллера было истрачено 30т.р. На самом деле немного больше, потому что я тратился ещё на э-э-э-ксперименты, которые не подошли к комплектации щита, но отложенное в сторону в проекте не учитываем. На этот прибор инженерной мысли возложена обязанность управлять процессами домашнего быта и как младшему в семье управлять несложной мелкой рутиной - выключить свет в гараже, посмотреть что там на счётчиках накрутило, заглянуть под стиралку и сказать что протечки нет, перекрыть ввод в случае прорыва, полить огород, посмотреть какая температура на улице, в гараже, подполе и теплице, пройтись по дому и сказать где забыли закрыть окно. Только это происходит мгновенно и с телефона в руке, что явно выгоднее человеческого ребёнка, или любой другой рабочей силы.

Второй момент - без ручек и глазок многого не сделаешь, поэтому системе нужны микроконтроллеры - esp32 и обвязка для них. Будем собирать разные типы устройств - только сенсоры (к ним подключаются датчики разного типа и настраивается реакция на них, либо выводится информация на дашбоард) и щиты управления. Щит управления поинтересней будет, надо обдумать типы защиты от короткого замыкания, залипания реле, типа подключаемой нагрузки, бороться с помехами сети и проверять логику работы в нестандартных ситуациях, т.к. будет чрезвычайно обидно, если зимой в мороз включится система автополива и превратит огородик в ледяной замок Снежной Королевы. Но зато это было бы красиво.

Щит сенсоров мы собираем из самого контроллера, блоков питания 220В на 5/12В, клеммных колодок и плат-переходников. На самом деле сначала обозначается проблема и потом проектируется решение. Это базовый принцип, чтобы начать преодолевать, надо придумать себе проблему и героически решать её. Например есть у нас 16 створок по всему участку. Это двери, окна, форточки, гараж, калитка. Всё что можно открыть, а нам нежелательно. У esp32 до 26 входов/выходов с некоторыми оговорками. Значит одного щита хватит с запасом. Рисуем проект, собираем, а дальше играем в жука-павука и тянем нитки кабеля до датчиков дверей. Ещё важно учитывать что проще - поставить 2 узла-контроллера и от них тянуть в разные участки дома, или из одной точки разводить толстенную косу кабелей. Простенькие герконы МС-38 нам подойдут как нельзя кстати, а кабель - витая пара 2-8 жил в зависимости от потребности/проекта. Также в зависимости от программирования и задачи, к такому щиту можно подключить цифровые датчики температуры и напряжения, счётчики воды и электричества, протечки и прочее зависящее от воображения. Исходя из картинки, округлённая в немного большую и удобную стоимость, цена за элементы по отдельности - блоки питания 2*500р., контроллер 500р., сенсорная плата 500р., автомат 500р., клеммы 500р., прочие провода и соединения тоже на 500р. возьмём, только щит 1800р., около 5300р., что относительно бюджетно для универсального устройства.

Щит управления освещением выглядит сложнее, но и обязанности на него возложены побольше. Самое главное что волнует - исключить зависимость только от контроллера, поэтому схематика щита предполагает подключение обыкновенных выключателей на 220В и ламп освещения любого номинала и любой конструкции. Щит показывает состояние переключателя (нажат/отжат), состояние лампы (горит/не горит), можно потушить/зажечь свет с телефона, или с выключателя настенного в любом состоянии. И в качестве бонуса можно подключить его вообще без переключателей. Прикиньте какой важный птица, только тот, у кого телефон может лампочки включать. Или настроить расписание/реакцию на открытие дверей, или датчики присутствия. При этом всегда есть возможность отключить автоматику, или вернуть соединение в привычный вид, что работа только от переключателей. Присутствует защита в виде предохранителей по 2А на канал, что защищает управляющие реле от залипания при коротком замыкании. Вот тут по цене выходит прям сильно дороже, подробно разберу в другой части, но 500+500+500+500+500+500+500+500+500+500+500(прочее)+2600(щит) = 8100р. на комплектующие. Щит на 8 ламп, или до 400Вт на канал, или до 1200Вт общей мощности, что, по моим скромным расчётам, для освещения достаточно. Если надо больше, можно установить второй щит, что увеличивает ёмкость освещения в 2 раза (16 лампочек).

Цель проекта - собрать и настроить автоматизацию, контроль и управление домом доступными силами и на качественном уровне через централизованное управление (главный+вторичные контроллеры) и рассыпуху дешёвых проводных датчиков. Список надуманных препятствий для преодоления (может меняться):

1. Доступ к управлению дома через сеть интернет.

2. Состояние дверей и окон открыто/закрыто.

3. Состояние и управление освещением включён/отключён переключатель, возможность погасить свет с телефона.

4. Планировщик освещения на улице.

5. Проходной выключатель с таймером в прихожую.

6. Температура и влажность на улице, в гараже, в зале, в погребе, в теплице.

7. Параметры напряжения сети и потребление в моменте, ток, мощность.

8. Счётчики воды и электричества, их значения и расход.

9. Подсчёт цены воды и электричества за выбранный период.

10. Удобная и понятная карта участка и дома.

11. Автоматизация обнаружения протечки воды, перекрытие ввода.

12. Отслеживание температуры в радиаторах отопления, отключение насоса подачи тепла в летнее время, отслеживание потока теплоносителя в случае выхода из строя насоса.

13. Камера+микрофон+динамик на калитку и видеонаблюдение внутри участка.

Часть задач решена, часть нет, часть придумаю позже. Что смогу, составлю как инструкцию следующими постами.