Planowanie systemu automatyki domowej DIY: 12 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Celem tej instrukcji nie jest powiedzenie ci, jak możesz zrobić to, co chcesz, aby robił twój dom. Zamiast tego został napisany, aby urzeczywistnić pomysł, ale także zamienić szaleństwo w zdrowy rozsądek poprzez zrozumienie ograniczeń (technologia, koszt, wymagany czas, bezpieczeństwo…).

Istnieje wiele bardzo dobrych przewodników i artykułów w sieci, które pozwalają zrozumieć wiele rzeczy w bardzo szczegółowy sposób. Nie tego chcemy. Chcemy całościowego obrazu. Jakie są podstawowe umiejętności, których możemy się nauczyć lub poprawić. Czego powinniśmy dotykać.

Obejmuje to podstawowe rzeczy, takie jak:

• Czym jest automatyka domowa? Najpierw sprawdź, czy rzeczywiście odpowiada Twoim oczekiwaniom.
• Gdzie zacząć? Całkiem proste, zacznij tam, gdzie jesteś, prawdopodobnie w domu. Czy znasz to na wylot?
• Co mogę zrobić? O wszystkim, ale musisz planować i znać swoje ograniczenia. Obejmuje to utrzymanie się przy życiu (działa każdego dnia, w tym wieczorami).
• Jakie są elementy tej układanki? Bardziej złożona, jest wiele kształtów i bardzo łatwo jest zgubić kilka kawałków. Spróbujemy po prostu zachować zdrowie psychiczne.
• Jak to poskładać? To staje się coraz bardziej konkretne, faktycznie to ROBIMY. H*ll tak!

Ponadto ta instrukcja jest teraz również dostępna na mojej osobistej stronie:

Krok 1: Co to jest automatyka domowa?

Google „automatyka domowa” zwróciło 33 miliony wyników. To albo więcej niż wystarczająco, albo po prostu za dużo.

Pierwszy wynik, artykuł w Wikipedii (oczywiście), stwierdza:

„Automatyka domowa lub inteligentny dom [1] (znana również jako domotyka lub domotica) jest mieszkaniowym rozszerzeniem automatyki budynków i obejmuje sterowanie i automatyzację oświetlenia, ogrzewania (takiego jak inteligentne termostaty), wentylacji, klimatyzacji (HVAC) i bezpieczeństwa, a także sprzęt AGD, taki jak pralko-suszarki, piekarniki lub lodówki/zamrażarki, które wykorzystują WiFi do zdalnego monitorowania. Nowoczesne systemy zazwyczaj składają się z przełączników i czujników podłączonych do centralnego koncentratora czasami nazywanego „bramą”, z której system jest sterowany z interfejsem użytkownika, który współpracuje z terminalem naściennym, oprogramowaniem telefonu komórkowego, tabletem lub interfejsem internetowym, często, ale nie zawsze, za pośrednictwem internetowych usług w chmurze”.

Co to mówi?

• Inteligentny dom: Uświadamianie domu samego siebie lub umożliwianie mu wykonywania różnych czynności.
• Mieszkaniowy: Koncentrując się na majsterkowaniu, nie próbuj tego w pracy:) Wydaje się, że to jest to, co chcemy omówić.
• Automatyzacja budynków: Rzeczywiście, jako leniwy geek, chcę, aby komputer robił to, czego sam nie chcę. Zazwyczaj sprawdzanie drzwi garażowych, włączanie/wyłączanie ogrzewania i tak dalej. Świetny!
• Przełączniki i czujniki: spójrz na to jak na oczy i palce domu, bez obu to niewiele.
• Centralny hub: Więc ten sprytny dom potrzebuje mózgu? Interesujący. Jeden mózg, który rządzi wszystkim. To będzie kontroler.
• Interakcja: Dom może żyć własnym życiem, ale my chcemy być jego częścią. To nasze miejsce. Czekaj, jak rozmawiać z domem? To są urządzenia/węzły.
• Usługi w chmurze internetowej: Nie podoba mi się to, jakaś maszyna gdzieś nie powinna wiedzieć, że mam włączoną pralkę. Ale to sprawa osobista. Nie zapominaj, że „nie ma czegoś takiego jak chmura, to czyjś komputer”. Czekaj, usługa to znacznie więcej niż komputer. Podróżowanie samolotem to coś więcej niż posiadanie własnego samolotu. Jednak aspekt majsterkowania powstrzymuje się od zewnętrznej pomocy/oszukiwania.

Więc jeśli podsumujemy, otrzymamy: Chcę postawić ekran, aby moje urządzenia domowe robiły to, co chcę. Prawie czego byśmy się spodziewali.

Przypominamy, że nie będziemy omawiać aspektów technicznych, takich jak protokoły, dostawcy, dostawcy i tym podobne. To jest projekt DIY. Jako hobbysta nie znam wszystkich szczegółów elementów tworzących tę galaktykę. Znajomość mojego domu jest tym, od czego chcę zacząć. W związku z tym podzielę się głównie moim osobistym doświadczeniem.

Jednak po prostu zignoruję wszystkie pakiety rozwiązań z rynku, ponieważ nie tego chcemy. Ten przewodnik może się przydać, jeśli chcesz tylko zapoznać się z podstawowymi pojęciami.

Uwaga: Nie dbamy o wielkość Twojego domu. Niebo jest granicą. Większość tego artykułu została napisana przez kilka urządzeń na moim biurku.

Krok 2: Wielki Obraz

Lista kontrolna:

• Masz już jakieś pomysły?
• Wymień, co chcesz modelować: budynek, podłogi, pomieszczenia, systemy, urządzenia…
• Wymień to, z czym NIE czujesz się komfortowo: Może chcesz pominąć sprzęt zabezpieczający lub kontrolę dostępu.
• Ustal priorytety: dla prawdziwego majsterkowania przez większość czasu będziesz sam. Skup się na osiągnięciach.
• Oceń koszt: Wyeliminuj to, co Twoim zdaniem jest zbyt drogie lub nie jest tego warte.
• Oceń umiejętności: Obecnie nie jestem w stanie projektować niczego w 3D, ale to jest umiejętność, którą chciałbym nabyć.

Jeśli jesteś tak daleko, powinieneś mieć już całkiem niezły pomysł na to, co chcesz osiągnąć. Do tego instruktażu przyjmę rzeczy o moim własnym doświadczeniu:

• Dom ma około 15 pokoi. To całkiem sporo, żeby „po prostu coś zacząć”.
• Skupię się na ogrzewaniu: monitoruj temperaturę i włączaj/wyłączaj ogrzewanie.
• Używam tanich klonów D1 Mini od Ali Express. Kilka miesięcy temu nie miałem nawet lutownicy.
• Chcę to wykorzystać, spróbuję sięgnąć do „obudów drukowanych w 3D zainstalowanych w domu”. Jeszcze nie osiągnięto…
• Istnieje pewien wymiar „akceptacji żony”. To musi być użyteczne ORAZ użyteczne.

Zauważ, że w przeszłości stworzyłem mechanizm otwierania drzwi garażowych oparty na Raspberry Pi, wyświetlaczu LCD, parze przełączników i przekaźniku. Niektóre kody Pythona łączą to w całość. Do pewnego stopnia jestem zainteresowany połączeniem tego z tym instruktażem, aby mieć odpowiednią architekturę. To część „akceptacji żony”, automatyzacja domu powinna być wykonywana z jednego interfejsu.

Krok 3: Modeluj swoje miejsce

Trochę teorii

Automatyka domowa zakłada, że kontroler może wiedzieć o wszystkim. Przekaże również Twoje zamówienia do domu.

Urządzenia zostaną rozrzucone po całym miejscu. Lepiej wiedz, gdzie chcesz, żeby były.

Gdy już mamy na miejscu inteligentny kontroler, musi on być w stanie komunikować się z urządzeniami.

Wi-Fi to naturalna droga, nawet jeśli nie jest tak powszechna. Jest tak wiele protokołów, które trudno wybrać.

Zastrzeżenie

Tak, to robi się techniczne, przepraszam. W każdym razie chcę pokazać rzeczy rzeczywiste, więc potrzebujemy komponentów fizycznych i programowych. Ponownie wspomnę, czego faktycznie używam. Przepraszam, że jest tak wiele sposobów na rozwiązanie takich tematów:-O

Przenosząc to na wyższy poziom

Obecnie istnieje wiele sposobów komunikacji między „kontrolerem” a różnymi „węzłami”. Jeśli chodzi o planowanie, już określ, jak to powinno działać w Twoim domu. Zdefiniowanie medium komunikacyjnego pomoże określić, gdzie umieścić kontroler i urządzenia.

• Połączenia między kontrolerem a urządzeniami: Bezprzewodowe czy przewodowe?
• Zasilanie: z gniazdka ściennego, może być zasilany z baterii lub ładowany energią słoneczną?
• Przypadek: Czy to test na twojej ławce, sprzęt alfa, na którym mogą leżeć kable, czy chcesz zintegrować go z meblami/sprzętem?

Jak wyjaśniono poniżej, dla przykładu użyjemy Homie-ESP8266. Jest to firmware dla kontrolerów ESP8266 wykorzystujących WiFi i MQTT. Opisuje go tak jego autor:

„Instancja fizycznego elementu sprzętu (Arduino, ESP8266…) nazywana jest urządzeniem. Urządzenie ma właściwości urządzenia, takie jak bieżący lokalny adres IP, sygnał Wi-Fi itp. Urządzenie może ujawnić wiele węzłów. na przykład urządzenie pogodowe może wyświetlać węzeł temperatury i węzeł wilgotności. Węzeł może mieć wiele właściwości węzła. Węzeł temperatury może na przykład wyświetlać właściwość stopni zawierającą rzeczywistą temperaturę i właściwość jednostki. Właściwości węzła mogą być zakresami. Dla na przykład, jeśli masz taśmę LED, możesz ustawić właściwość węzła w zakresie od 1 do 10, aby kontrolować diody LED niezależnie. Właściwości węzła można ustawiać. Na przykład nie chcesz, aby właściwość stopni była ustawialna w przypadku czujnik temperatury: zależy to od otoczenia i nie ma sensu go zmieniać. Jednak w przypadku termostatu będziesz chciał, aby właściwość stopni była możliwa do ustawienia.”

Streszczenie

Potrzebujesz:

• Jeden centralny kontroler obsługujący Twój serwer automatyki domowej. Użyję PiDome na Raspberry Pi.
• Jedno lub więcej urządzeń do monitorowania domu i interakcji z nim. Użyję D1 Mini i Homie.
• Sieć łącząca to wszystko razem.
• Zdecyduj, jak zasilać urządzenia (bateria, adapter, z urządzenia hosta…). Do testów używam portu USB komputera (i debugowania szeregowego) lub ładowarki telefonu.

Krok 9: O kontrolerze…

Część sprzętowa

Użyjemy Raspberry Pi, aby działać jako nasz władca domu. RPi będzie odpowiedzialne za:

• Przechowywanie danych o domu
• Agregacja danych z urządzeń
• Prezentacja danych użytkownikowi
• Wysyłanie zamówień do urządzeń

Ze sprzętowego punktu widzenia do tego wszystkiego wystarczy samo RPi. Jest prawie samowystarczalny i będzie szczęśliwie działał z twojej piwnicy (Hej! Czy to twoje pierwsze domowe centrum danych w piwnicy?!:-D).

Kup pakiet (RPi, zasilacz, kartę SD…) i gotowe.

Uwaga na temat Wi-Fi: Możliwe jest uruchomienie RPi przez Wi-Fi, jednak uważam, że o wiele bardziej stabilne jest podłączenie go do domowego routera za pomocą standardowego kabla RJ45.

Uwaga na temat RPi Zero: Dokładny wybór sprzętu, który musisz dokonać, zależy od tego, czego chcesz. RPi Zero wydaje się być równie dobre jak RPi 3 do tej pracy. Zero jest znacznie tańszy, ale wymaga o wiele więcej małych części, aby wykonać zadanie. Jest to jednak najlepszy wybór, jeśli chodzi o urządzenia wbudowane. Najnowszy Raspberry Pi Zero W jest teraz wyposażony w Wi-Fi i Bluetooth!

Część oprogramowania

RPi jest komputerem jednopłytowym, jest dość ograniczony pod względem dysku / procesora / pamięci RAM. W tym celu opieramy się na lekkich systemach operacyjnych skoncentrowanych na Linuksie. Do tego zadania Raspbian jest prawdopodobnie najlepszym wyborem, ponieważ jest to rodzaj domyślnego systemu operacyjnego dla RPi.

Mówiąc o automatyce domowej, potrzebujesz dodatkowego oprogramowania do zarządzania urządzeniami. Mój wybór to PiDome (pobierz).

Krok 10: Informacje o urządzeniach

Część sprzętowa

Kolejne kroki będą polegać na Wemos D1 Mini (lub tańszych klonach:)). Te mikrokontrolery oparte są na modułach ESP-8266. To pakiety na jednej małej płytce (34,2 mm * 25,6 mm): WIFI, procesor, pamięć RAM, Flash, piny cyfrowe i pin analogowy w opakowaniu 10 gr. Jeśli potrzebujesz więcej miejsca na flash, sprawdź Wemos D1 Mini Pro. Można do niego dokupić osłony, aby dodać przekaźniki, DHT22, przycisk, ekran OLED… Jednym z nich jest osłona baterii, która pozwala na pracę urządzenia całkowicie bezprzewodowo.

Posiadanie kilku mini płytek stykowych bez lutowania i przewodów połączeniowych pomoże w stworzeniu prototypu domu odpornego na przyszłość. Jeśli potrzebujesz niestandardowych obudów do swoich urządzeń, wiedza na temat projektowania 3D i dostęp do drukarki 3D jeszcze bardziej podniosą Twój poziom geekności. Ale czym może być automatyka domowa, jeśli nie dostaniesz kilku czujników, diod LED, rezystorów, kondensatorów i tak dalej?

Na zdjęciu umieściłem swoje "urządzenie biurowe", to prosta płytka stykowa + D1 Mini + DHT22 + ekran OLED. Elementy LED i IR są obecnie nieużywane.

Część oprogramowania

Ponieważ ESP-8266 jest dość powszechnym układem, znajdziesz dla niego mnóstwo szkiców. Będę po prostu leniwy i użyję doskonałego oprogramowania Homie dla ESP-8266 od Marvina Rogera. Jednak ta instrukcja nie jest przewodnikiem po Homie.

Krok 11: Obudowa urządzeń

Obudowy dotyczą tego, czego można się spodziewać. Wspomniałem już o takich rzeczach jak deska do krojenia chleba, tektura (jak mój model alfa otwieracza garażu), pudełka poddane obróbce w górę (mój otwieracz garażu w pudełku zakręcanym), pudełka projektowe lub obudowy drukarki 3D. Jak zwykle ograniczeniem jest Twoja wyobraźnia.

Pamiętaj, że będziesz musiał dopasować elektronikę, którą planujesz wdrożyć. Bez względu na to, jak większy może być, mniejszy oznacza brak możliwości.

Jeśli monitorujesz elementy otoczenia, takie jak temperatura lub światło, upewnij się, że umieszczasz je mądrze. Umieszczenie czujnika w zwykłym słońcu jest prawdopodobnie tym, czego chcesz zapobiec za (prawie) za wszelką cenę. Umieszczenie czujnika PIR to ta sama historia, upewnij się, że zasięg jest w porządku i obejmuje wszystko, czego oczekujesz.

Poniższe założenia opierają się na samodzielnym, zasilanym bateryjnie monitorze temperatury/wilgotności.

Typowe urządzenie będzie musiało spakować:

• Mikrokontroler, dla naszych przykładów to D1 Mini, rozmiar: 34,2 mm * 25,6 mm
• Od 0 do wielu czujników, weźmy DHT22: 27 mm x 59 mm x 13,5 mm
• Zasilanie, D1 Mini wymaga 5 V, przy użyciu osłony baterii wygląda jak plan: 34,2 mm * 25,6 mm
• Akumulator, dla osłony akumulatora, przyjrzymy się akumulatorowi litowemu 3,7 V: 40 mm * 25 mm * 6 mm
• Trochę miejsca na przewody, przełączniki, diody… Wystarczy wziąć kilka asortymentów od AliExpress (diody, zworki, rezystory).

Ponownie wybierz sposób, w jaki czujesz się komfortowo.

Uwaga dla siebie: Czas nauczyć się projektowania 3D:-(

Krok 12: Ostatnie słowa

Kiedy przyszedł czas na napisanie tego ostatniego rozdziału, zastanawiałem się „Co udało się osiągnąć?”.

Odpowiedź jest dość prosta i podąża za tematem: Oszczędź sobie trochę czasu i zaplanuj rzeczy. Dzięki temu cały projekt będzie dużo bardziej spójny. Automatyka domowa nie jest tak prosta, jak zakup bezprzewodowego gniazdka elektrycznego w lokalnym sklepie. To o wiele więcej.

Na tym etapie wciąż zastanawiam się, jakie są oszczędności. Czy naprawdę nas to obchodzi?

Czy to było pouczające? Całkiem sporo, osiągnięcie zdobyte!

Proszę sprawdzić moje inne instrukcje, planuję napisać bardziej praktyczne. Bardzo lubiłem poświęcać czas na napisanie tego.