Автоматизация для дома .0⁠⁠

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.