Организация умного дома своими руками

Умный дом с нуля своими руками или путешествие длиною в год

Данную статью пишу для думающих, стоит оно того или нет, и начинающих построение своего умного дома, надеюсь она поможет сделать вам свой выбор. Для тех кто думает, я не программист у меня ничего не получится, я тоже, хотя имею техническое (теплоэнергетик) образование, но никогда не работал в IT, не знаю ни одного языка программирования. Дорогу осилит идущий. Начнем с рассуждений что такое умный дом, поверьте на слово он не решит все ваших бытовых и семейных проблем, но точно сделает жизнь немного комфортней. Что такое умный дом в моем представлении год назад: 1. Красивый планшет со схемой дома висящий на стене в прихожей с которого можно управлять всем в доме; 2. Управление всем чем можно голосом. Откровение через год: планшет не нужен, так как бегать со второго этажа на первый, чтобы по управлять, неудобно. Что бы хорошо работало голосовое управление, требуется установка умной колонки в каждую комнату, когда их две — это одно. А когда значительно больше — вопрос. Сейчас для меня умный дом это то, что работает само без моего участия, и не требует управления. Все о чем пойдет речь далее сделано мною лично, может можно сделать по-другому, может проще и лучше. Но таков путь.

Краткий ликбез

Системы умного дома

1.1 Mi Home

+ красивые сенсоры и устройства; хорошее мобильное приложение; простое построение автоматизаций;

— закрытая экосистема; данные хранятся на облачных серверах; автоматизации работают через облачные сервера.

1.2 Google home

+ это google, интерфейс на высшем уровне;

— закрытая экосистема; автоматизации работают через облачные сервера; в приложении есть поддержка таких решений, о которых вообще не слышал.

1.3 Domoticz

+ открытая экосистема; большое русскоговорящие сообщество; облако через которое ты можешь зайти на свой сервер; язык для автоматизаций blockly — удобный и понятный;

— не которые вещи в нем реализовать очень сложно (или я не разобрался); не успевает обновляться документация; делаешь по написанному в Вики, а не работает, так как все поменялось; частые обновления.

1.4 HomeBridge — для поклонников apple, а так как я сторонник светлой стороны силы, прошел мимо

+ это Apple, интерфейс на высшем уровне и работать должно как часы;

— как мне сделать вот так? — А вам это не надо, мы в Apple решили, что вам нужно только так.

1.5 ioBroker — открыл интерфейс, закрыл и больше не открывал

+ были первооткрывателями много чего, хорошая поддержка многих устройств;

— такой интерфейс в 2020 году преступление.

1.6 MajorDomo — честно говоря как-то прошел мимо

+разработчики наши, мелочь, а приятно;

1.7 Home Assistant — вишенка на торте умного дома

+ открытая экосистема, нормальный интерфейс, который можно настроить самому как угодно, актуальная документация, поддержка всего чего угодно, может интегрироваться с Яндекс Алиса, Mi Home, Google home, HomeBridge, нет ничего невозможного для реализации, автоматизации ограничены только вашей фантазией;

— сложность освоения на первоначальном этапе.

Как вы уже догадались, мой выбор пал на Home assistant и далее речь пойдет о нем.

Железо

2.1 Роутер

Я живу в частном секторе, и у нас один провайдер местного масштаба, который тянет оптику и всем выдает изделие ZTE F660. Два месяца я с ним мучился, каждый день что-то отваливалось и не работало, пока не поменял его на Keenetic Ultra. Все проблемы с отвалами умных устройств как рукой сняло. Так что роутер ключевой элемент умного дома. Цена вопроса зависит от стоимости роутера.

2.2 Сервер

Для работы Home Assistant требуется сервер, на котором будут хранится все данные и управляться устройства умного дома. Тут есть несколько путей: можно установить Home Assistant на компьютер, старый ноутбук под Windows или на мини компьютеры под Linux или Ubuntu, которых сейчас бескрайнее множество, или на NAS. Тут все зависит от вашего желания и возможностей. Так как сервер должен работать в режиме 24/7, то я для себя выбрал вариант Raspberry pi 4b 4Gb. Потому что у него низкое энергопотребление, он бесшумный (эксплуатирую в безвентиляторном корпусе). У меня на нем работает Home Assistant и Plex (медиа сервер) в режиме 24/7 уже полгода, проблем с производительностью нет. Но если вы кроме этого хотите использовать какие-то еще ресурсы, то советую посмотреть в сторону NUC. Хотя начинал знакомиться с системой на Windows 10, но у меня вызывает вопросы ее стабильность с криворукими обновлениями, от которых больше вреда, чем пользы. При использовании Raspberry pi 4b, есть несколько нюансов, должен быть хороший блок питания, который выдает честные 3 А и нельзя устанавливать в безвентиляторном корпусе в закрытые ящики, так как ее рабочая температура около 50 градусов. Цена вопроса Raspberry pi 4b 4Gb около 4 тыс. руб. на Али.

2.3 Стандарты беспроводной связи умных устройств для умного дома

WiFi — он и в Африке WiFi. Для работы нужен WiFi роутер и чтобы устройство умного дома находилось в одной локальной сети с сервером. Большое количестве WiFi устройств особенно видеокамер, может влиять на скорость WiFi не умных устройств. Для стабильной работы умного дома нужен хороший WiFi роутер, причину описал ранее.

Zigbee- энергоэффективный (устройство может несколько лет работать от одной батарейки) стандарт беспроводной связи, позволяет строить ячеистые надежные сети. Для связи умных устройств Zigbee с сервером умного дома нужен координатор (шлюз). Без него умные устройства работать не будут, нужен именно Zigbee шлюз. В Zigbee несколько поколений стандартов, самые распространенные сейчас 2.0 и 3.0. Будьте внимательны шлюзы с поддержкой Zigbee 2.0 не будут работать с устройствами Zigbee 3.0. Новые Шлюзы Zigbee 3.0. имеют обратную совместимость и будут работать с устройствами старого стандарта.

Bluetooth — энергоэффективный (устройство может несколько лет работать от одной батарейки) стандарт беспроводной связи, последние его разновидности в частности Mesh, так же позволяет строить ячеистые надежные сети. Для связи умных устройств Bluetooth с сервером умного дома нужен координатор (шлюз). Без него умные устройства работать не будут, причем нужен именно Bluetooth шлюз.

2.4 Координатор или шлюз. Координатором в Home Assistant могут быть

Шлюзы различных производителей Xiaomi , Тuуа, Sonoff и д. р. Работают через облако (китайские сервера). В основном работают с умными устройствами своей экосистемы. Не поддерживают или не полностью поддерживают умные устройства других производителей. Цена вопроса около 2-3 тыс. руб. на Али.

Stick СС2531, СС2538, СС2652, вставляются в usb сервера, работают по протоколу zigbee2mqtt, поддерживают работу с устройствами большого количества различный производителей, поддержку конкретного устройства можно посмотреть у них на сайте. Работают в локальной сети, даже без интернета. Stick СС2531 не поддерживает больше 32 устройств, если планируете больше умных устройств в своей сети, обратите внимание на Stick СС2538, СС2652, они уже поддерживают более 100 устройств. Цена вопроса около 2 тыс. руб. продают их в Telegram.

SLS шлюз отдельно устройство, такое же как шлюзы Xiaomi , Тuуа, Sonoff, но так же работает по протоколу zigbee2mqtt. И работает со большим количеством различных производителей. Работают в локальной сети, даже без интернета. Цена вопроса около 3 тыс. руб. продают их в Telegram.

Мой путь

В конце 2019 года начитавшись статей на различных сайтах про умный дом приобрел стартовый набор Xiaomi для умного дома и один выключатель решил протестировать умный дом у себя в квартире. Все подключил установил Mi Home и счастливый начал эксплуатировать, так как набор был приобретен в Китае на Али, то работать в регионе Россия он отказался и пришлось его настраивать в регионе Китай. И автоматизация работала через китайские сервера, работала громко сказано. Складывалось впечатление, что майор в Китайском КГБ согласовывал включение света в моей квартире. Задержки в автоматизациях доходили до 5 секунд и работали через раз, 5 раз сработает на шестой нет (видно майор не разрешил). Помучившись неделю, поставил крест на умном доме, снял все датчики и положил в ящик. Тут бы могла история и закончится.

Но в марте 2020 году удалось приобрести частный дом в черновой отделке и решил умному дому быть начал изучать вопрос, перелопатив весь интернет приобрел stick СС2538 и установил Home Assistant на компьютер с Windows 10, сделал копипаст со статей в интернете. И о чудо все заработало задержек нет все включается моментально и работает.

Далее распланировал размещение основного электрооборудования в доме (розетки и выключатели), угадал расположение на 90 процентов, остальное решил купив накладные розетки. Приобрел Raspberry pi 4b 4Gb на Али, купил умные розетки и выключатели Xiaomi (дизайн понравился). Смонтировал все это хозяйство. Установил Home Assistant на Raspberry по урокам Alex Kvazis на youtube, кстати огромное ему спасибо на начальном этапе его уроки были не заменимы делал с них полную копию. Так как другой информации взять было неоткуда, есть хорошее русскоязычное сообщество по Home Assistant в Telegram, но на первом этапе и спросить то не понимаешь чего, и на 90% вопросов получал ответ читай документацию. Я ее честно читал но ничего понять не мог, злился. Сейчас понимаю парней, так же сижу в чате и ежедневно одни и те же вопросы повторяются. Так и хочется сказать читайте документацию. На первом этапе очень помог блог https://ivan.bessarabov.ru/, за что спасибо Ивану.

Начал эксплуатировать на stick СС2538, все работало четко и стабильно. Но тут решил купить светильники на али Xiaomi bluetooth mesh красивый дизайн, регулируется яркость и цветовая температура, так как stick не поддерживает данные устройства был куплен шлюз третий версии от Xiaomi. О нем расскажу отдельно благодаря усилиям @AlexxIT и его интеграции Xiaomi Gateway 3 для Home Assistant, данный шлюз превращается в уникальный продукт, позволяет одновременно параллельно работать умным устройствам и в Home Assistant и MiHome, только умные устройства должны быть Xiaomi. Так же Home Assistant с данным шлюзом можно интегрировать с Яндекс Алисой, Google home и HomeBridge. Так же отдельное спасибо хотел сказать @AlexITон сделал для развития популярности Home Assistant в русскоязычном сообществе очень много, является автором интеграций Sonoff LAN, Yandex.Station. Но есть ложка дегтя в бочке меда шлюза третий версии от Xiaomi, к сожалению производитель в новых прошивках шлюза даты производства с 10.2020 г. закрыл Telnet и теперь без паяльника шлюз в Home Assistant не интегрировать (говорят 10 минут работы и все сделано), но будьте в курсе.

Как вы уже догадались начиная с сентября я переехал на Xiaomi Gateway 3, уже более полугода все работает стабильно, сейчас у меня в эксплуатации 77 устройств Xiaomi, розетки, выключатели, различные датчики.

4. Сейчас уже реализовано

Управления всеми розетками и выключателями кухня

управления всеми розетками и выключателями, из любой точки мира

автоматизировано освещение туалета, ванной, коридора, прихожей, лестницы;

настроено адаптивное освещение, когда автоматически в течении дня меняется яркости и цветовая температура;

Мониторинг погоды

мониторинг погоды и микроклимата в доме

автоматизировано управление батареями в зависимости от температуры;

Мониторинг сервера

мониторинг наличия интернета и сервера;

автоматизировано управление подачи воды в зависимости от времени суток;

Датчики безопасности

сделаны датчики безопасности и уведомления в телеграмм протечка воды, задымления, загазованность, движение в доме, выключить все розетки, выключить весь свет в доме;

уведомления о нежелательных событиях в доме остановился котел, с работка датчиков безопасности;

Учет электроэнергии по группам

учет электроэнергии по группам потребителей;

Робот пылесос, увлажнитель

интегрированы различные устройства, с возможностью их управления;

время прибытия транспорта на остановку;

управление умным домом голосовыми командами Алиса и Эй google.

В планах

автоматизировать уличное освещение;

интегрировать ворота Алю тех в Home assistant;

автоматизировать полив растений

5. Где я ошибся

Приобретение умных выключателей, а затем умных лампочек. Адаптивный свет это классно, поэтому умные лампочки нужны, а с ними можно было установить глупые возвратные выключатели. Можно было сэкономить.

Покупка видеодомофона с камерами с Али, сейчас бы купил ip камеры и интегрировал в Home assistant.

Приобретение WiFi видеокамеры Xiaomi внутри дома, которая не интегрируется в Home assistant, сейчас бы купил Reolink.

Заключение

Умный дом повышает комфорт жизни, но требует массу времени и главная проблема превращается в Хобби, получаешь умный дом головного мозга. Сейчас все стабильно работает, а ты сидишь и думаешь а может еще какой датчик куда поставить и чего-то автоматизировать. Плюс главный риск когда все работает хорошо все классно, но в процессе отладки или сбоев у вашей семьи должно быть терпение и готовность к определенным трудностям, сколько раз за эти пол года я слышал от супруги, что как я достал с этой автоматизацией, когда в туалете или в ванной отключался свет, пока все отладил. Ну и самое главное должно быть физическое дублирование выключателями.

Это первая моя статья на habr, если тема умного дома интересна пишите в комментариях о чем хотите узнать все расскажу, просто Home assistant целая планета и в одной статье все не рассказать. Какие темы интересны, что хотите узнать подробней, если будет интерес напишу более подробный материал.

Источник

«Умный дом» собственными руками

Представьте картину: вы входите домой, автоматически включается свет и приятный женский (мужской, впрочем — кому как) голос приветствует вас. Вы небрежно бросаете фразу в сторону микрофона: «Дом, включи мой компьютер». Через несколько секунд слышите привычный шелест кулеров своего родного железного коня.

Фантастика? Под хабракатом я хочу поделиться своими успехами в построении подобной системы у себя дома.

Будущее — сейчас

Все мы когда-нибудь видели подобные картины в зарубежных фантастических фильмах и мечтали: «Когда-нибудь такое будет и у нас». Спешу вас обрадовать — подобие увиденного можно реализовать уже сейчас и без гигантских затрат.

Небольшой экскурс в том, что сейчас называют «умный дом». Вот что скажет нам википедия:

«У́мный дом (англ. digital home) — жилой автоматизированный дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств. Под «умным домом» следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем в единый управляемый комплекс.

Важной особенностью и свойством „Умного дома“ отличающим его от других способов организации жизненного пространства является то, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда человек одной командой задает желаемую обстановку, а уже автоматика в соответствии с внешними и внутренними условиями задает и отслеживает режимы работы всех инженерных систем и электроприборов.

В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и сигнализации, воротами и прочим. В доме оборудованном системой „Умный дом“ достаточно одним нажатием на настенной клавише (или пульте ДУ, сенсорной панели и т. д.) выбрать один из сценариев. Дом сам настроит работу всех систем в соответствии с Вашим пожеланием, временем суток, Вашим положением в доме, погодой, внешней освещённостью и т. д. для обеспечения комфортного состояния внутри дома.»

В моем случае, я расскажу как организовать управление нагрузкой (розетки, лампы накаливания, etc) при помощи распознавания голосовых команд и озвучить все это неплохим русским голосом.

Технические подробности

1-wire

Для начала нам, конечно же, необходимо определиться с технологиями управления электропитанием устройств. На текущий момент таких имеется множество. Самая, пожалуй, простая, популярная и недорогая в реализации, это 1-wire от компании Maxim/Dallas. Технология 1-wire далеко не нова и известна уже около 10 лет. 1-wire широко применяется как в быту, так и в промышленных системах.

Преимущества 1-wire

• Простая и понятная архитектура сети
• Низкие требования к кабелям
• Большая протяженность линии
• Низкая стоимость и простота компонентов
• Открытый протокол и доступное ПО для программирования
• Возможность в определенных ситуациях обходиться без питания

Как известно, плюсов без минусов не бывает. Вот они:

• Низкая скорость передачи данных
• Обязательное наличие мастера, ведущего сети

Видно, что плюсов технологии гораздо больше, чем минусов. Остановимся подробнее на обязательном требовании к наличию мастера сети.

Дело все в том, что устройства с точки зрения организации обмена данными пассивные элементы цепи. Компоненты 1-wire не могут без специального запроса посылать в сеть данные. Таким образом устройства не могут общаться друг с другом без «активного» ведущего. Элементы сети являются всегда ведомыми. Мастер в сети 1-wire только один. Именно он инициирует, контролирует и управляет работой сети и подключенных к сети устройств. В зависимости от используемого программного обеспечения, мастер 1-wire линии может по-разному работать со своими подопечными, но только он в конечном итоге может опросить состояние конкретного элемента, а также послать запроса на получение от этого элемента какой-либо информации. Например, если нам необходимо в режиме реального времени выводить значение температуры с множества датчиков, то мастер сети в цикле будет по очереди опрашивать эти датчики. Отвечать мастеру по сети может только одно устройство. В качестве мастера может выступать МК (микроконтроллер), который может при соответствующем ПО напрямую включаться в сеть 1-wire к одному из своих портов ввода-вывода. Мастером может выступать также ПК (персональный компьютер), использующий специальные элементы сопряжения, позволяющие соединять 1-wire с COM-портом или USB-портом компьютера, такие как DS9097 или DS9490.

Собственно, работа ПК в качестве контроллера нас и интересует. Специальный элемент сопряжения выглядит примерно так:

Как видно, это небольшой переходник, имеющий с одной стороны USB, с другой — разъем RJ-11 для подключения элементов сети 1-wire (элементы 1-wire мы можем вешать на стандартный телефонный кабель — дешево и сердито).

Другая технология под названием Х10 использует для передачи данных метод частотного уплотнения в обычной электросети квартиры.

Плюсы:

• Легка в установке
• Никаких дополнительных проводов в квартире
• Распространенный стандарт, много исполнительных элементов
• Относительно низкая стоимость и простота компонентов
• Не требует дополнительного электропитания

Минусы:

• Медленная передача данных
• Большинство элементов не поддерживает команду статуса (т.е. не узнать текущее состояние устройства)
• Дороже чем 1-wire

Х10 подойдет ленивым и тем, кто не желает по каким-то причинам тянуть дополнительные кабеля. Я попал в ту и другую категорию, поэтому мой выбор остановился на Х10 =)

Будем считать, что с технологией управления электропитанием мы определились.

Едем дальше — видеонаблюдение

Ведь хочется иногда посмотреть, что творится дома, пока вы на работе, в отпуске, на даче, etc? У меня есть домашние питомцы и при длительном отсутствии хочется посмотреть на них и даже поговорить. Цели могут быть разными. Что нам для этого потребуется?

В первую очередь — компьютер. Он будет ядром, головой нашей системы «умный дом». Именно к нему мы подключим управление электропитанием наших домашних устройств посредством мастера сети 1-wire или Х10, к нему же мы подключим и камеры видеонаблюдения. В моем случае, я выбрал обычные простые web-камеры среднего качества. Подключаться все будет через USB. Ограничение на длину кабеля в 5 м, обходилось мной в виде покупки длинных активных USB кабелей, где возможно, и связкой кабелей через USB-хабы с внешним питанием (возможно, кто-то предложит другое решение — буду рад услышать). У меня вышло в итоге 4 веб-камеры для всех помещений квартиры.

Учим компьютер понимать нас и разговаривать

Для меня «умный дом» в первую очередь — это интерактивность. Для этого мы его научим разговаривать и понимать в свою очередь нас.
Мои исследования показали, что достойный уровень распознавания речи в данный момент может дать только Google. Я думаю, все знакомы с его замечательным голосовым поиском и переводчиком, которые могут здорово упростить жизнь владельцу мобильного устройства. Народные умельцы вычислили, что, куда и как надо отправить, чтобы получить из звукового файла текст.
То же самое и с синтезом — я не стал сильно заморачиваться и воспользовался тем же Google. На мой взгляд, синтезированная речь на достаточно неплохом уровне.

Объединяем

Самым удобным интерфейсом управления умным домом и связкой ПО я счел веб-интерфейс. Координированием работы ПО будет заниматься специально написанный демон на perl

Подводим итоги

В этой небольшой статье я рассмотрел минимально необходимые, с моей точки зрения, компоненты нашего «умного дома». Тут нет технической реализации — только краткий теоретический обзор. В следующих статьях я по-шагово опишу каждый компонент системы, его техническую и программную реализацию.

Источник