🥟 🔅 🙋🏻 حكاية كيفية أتمتة الشقة باستخدام Node-RED. الجزء الأول 🍀 🧑🏻‍🤝‍🧑🏻 👦

خلال العام الماضي ، قمت بتجميع الأتمتة وإعدادها لشقة صغيرة بالقرب من طريق مزدحم. في هذه المقالة سأتحدث عن الحلول المستخدمة في نظام المناخ ، والإضاءة ، والوسائط المتعددة والبرمجيات.

ما أردت القيام به

أتمتة إغلاق المياه في حالة الطوارئ.
أغلق التهوية في حالة الحريق.
تقرير الطوارئ.
( , , , ).
(, ).
.
( , , «» ).

هناك العديد من الأنظمة الأساسية لإدارة التشغيل الآلي للمنزل. هناك حلول مدفوعة ومجانية - كل هذا يتوقف على النظام الأساسي. يمكن أن يكون FPGA (دائرة متكاملة منطقية قابلة للبرمجة) ، وحدات تحكم في عامل شكل جهاز التوجيه ، بالإضافة إلى البرامج فقط.

في البداية ، اعتبرت وحدة تحكم FIBARO Home Center 2 النهائية هي المحور الرئيسي. على الرغم من أن الواجهة جميلة وهناك العديد من الإعدادات ، ولكن تبين أن الأجهزة ضعيفة. كانت البرامج الثابتة ، استنادًا إلى المراجعات ، في بعض الأحيان عربات التي تجرها الدواب. أنواع البروتوكولات الأخرى يصعب توصيلها.

من بين الخيارات المجانية ، راجعت OpenHUB و Home Assistant.. يبدو أن OpenHUB محملة للغاية ويصعب توسيعها: على سبيل المثال ، من الصعب إضافة وحدة Z-Wave جديدة إذا لم تكن في تكوينات OpenHUB. Home Assistant قابل للتوسعة بسهولة ، ولكن في وقت التكامل ، كان من الممكن كتابة الأتمتة فقط في YAML ، والذي يصعب تصحيحه وصيانته. أثار التكامل مع Z-Wave في Home Assistant أسئلة. لذلك ، اخترت نظيرًا مجانيًا آخر ، سأناقشه لاحقًا. لقد اخترت

Node-RED كحل للخلفية ، لأنه يوفر العديد من عمليات الدمج الجاهزة مع بروتوكولات مختلفة ، وهو مجاني ويسمح لك بكتابة منطق الأتمتة مباشرة في JavaScript في المستعرض دون إعادة الترجمة. مع ذلك ، فقط تصحيح البرامج النصية باستخدام التصحيح والحقن.

نافذة تحرير البرنامج النصي للعقدة الحمراء

يستخدم Node-RED NodeJS تحت غطاء المحرك ، لذلك تمت كتابة بقية الربط عليه أيضًا. Node-RED هو مجرد محرر برنامج نصي ومتكامل للبروتوكولات المختلفة. الجزء الأمامي من عنصر التحكم - على سبيل المثال ، في Home Assistant - مفقود. هناك العديد من المكونات الإضافية التي تضيف القدرة على التحكم في الأجهزة من المتصفح ، ولكنها ليست ملائمة جدًا للتهيئة وتتطلب كتابة رمز الواجهة الأمامية أيضًا في المتصفح ( node-red-dashboard ).

كل تدفق في نظامي مستقل ويتم إجراء جميع الاتصالات بين التدفقات المختلفة عبر ناقل MQTT . يمكنني أيضًا نقل التدفق المحمل لفصل الخوادم للمعالجة الموزعة.

بروتوكولات الاتصال مع الأجهزة الطرفية

شقتي ليست كبيرة جدًا ، ولم يكن هناك مكان خاص لوضع وحدة التبديل ، لذلك قررت استخدام وحدات لاسلكية.

يستخدم النظام مرحلات تحكم خفية لترك الأزرار المادية في نفس السلسلة مع منافذ. هناك حاجة إلى الأزرار المادية للتحكم المباشر وفي حالة فشل وحدة التحكم المركزية. اخترت بين أنظمة Z-Wave و ZigBee اللاسلكية.

في وقت تكامل النظام ، كانت تقنية Z-Wave تحتوي على مجموعة كاملة من الأجهزة المطلوبة. في بلدان مختلفة ، تستخدم Z-Wave تردد تشغيل مختلفًا ، وفي روسيا يمكنك استخدام تردد 869 ميجاهرتز رسميًا. نظرًا لأنني اشتريت معظم أجهزة الاستشعار في روسيا ، فقد قررت استخدام التردد الرسمي للنظام بأكمله.

بالإضافة إلى Z-Wave ، يستخدم النظام وحدة BroadLink IR و Modbus TCP.

لدمج Z-Wave في Node-RED ، اخترت مكتبة OpenZWave C ++ و node-red-contrib-openzwave . معالجة الأحداث Z-Wave لدمج Modbus استخدم node-red-contrib- modbus ، إدارة BroadLink - node-red-the contrib-broadlink-control .

قاعدة البيانات

اخترت MongoDB كقاعدة بيانات رئيسية: تتم كتابة القراءات الحالية من أجهزة الاستشعار والأجهزة الطرفية هناك ، كما تقوم بتخزين رموز IR لمكيفات الهواء والوسائط المتعددة.

يستخدم InfluxDB كقاعدة لتخزين السلاسل الزمنية. وفقًا لهذه البيانات ، يمكنك رؤية الرسوم البيانية للرطوبة ودرجة الحرارة وبناء أي تجمعات. قراءات درجة الحرارة في الهواء الطلق لمدة شهر

نهاية المقدمة

قررت أن أكتب الجزء الأمامي بنفسي لتحقيق أقصى مرونة للنظام. عند العمل مع Dashboard ، يتم استخدام نظامين إضافيين:

الخادم MQTT على أساس بعوض .
خادم التفويض.

يصدر خادم التفويض رمز JWT المميز عن طريق تسجيل الدخول وكلمة المرور ، أو عن طريق الانتماء إلى شبكة محلية ، وبعد ذلك يتحقق خادم MQTT من هذا الرمز المميز في كل مرة يرسل أو يستقبل رسالة لنظام الواجهة الأمامية.

تمت كتابة الواجهة الأمامية في ReactJS ، ويتم استخدام MQTT عبر WebSockets ( MQTT.JS ) كبروتوكول اتصال بالخادم . كما يستخدم MobX الدولة. يستخدم TypeScript أيضًا ، ويجمع كل حزم الويب.

يتكون التطبيق من صفحتين:

لوحة

إدارة Dashboard لأجهزة Z-Wave

على لوحة الإدارة ، يمكنك إضافة وإزالة الأجهزة ، وتكوين معلماتها وارتباطاتها.

FGD212

FGD212 إعداد باهتة

في صفحة لوحة البيانات ، يمكنك إضافة صفحات جديدة ودمج أدوات الجهاز كما تريد.

من وجهة نظر برمجية ، كل جهاز هو وحدة منفصلة ، يتم إدخالها في النظام من خلال الواجهة (Typescript). وهذا يوفر قابلية توسع سهلة إلى حد ما وتكامل سهل للأجهزة الجديدة على لوحة البيانات.

معدات

كوحدة تحكم ، أستخدم Intel NUC NUC7PJYH الذي يتم نشر خادم Ubuntu عليه. للتواصل مع شبكة Z-Wave ، اخترت USB stick Z-Wave.Me .

كجهاز تحكم عن بعد لمنزل ذكي ، يتم استخدام جهاز لوحي يعمل بنظام Android ، والذي قمت بطلبه على Alibaba.com . وجاء الجهاز اللوحي مباشرة من المصنع: مع حامل Vesa وقوة PoE وقابس طاقة (وليس USB). يتم تشغيل الكمبيوتر اللوحي بواسطة مصدر طاقة 12V موجود على سكة DIN في خزانة التحكم. لا توجد بطارية في الجهاز اللوحي ، حتى لا تتوصل إلى خيارات مع الشحن المستمر.

لقد طلبت جهازًا لوحيًا وفقًا لمواصفاتي.

جهاز التحكم

نظام المناخ

للحفاظ على مناخ مريح ، يستخدم النظام:

تدفئة أرضية كهربائية في ثلاث مناطق.
تكييف الهواء لأماكن المعيشة.
تهوية مركزية.
مرطبات.
تدفئة مركزية.

تنفس

نظرًا لأن المنزل يقع بجوار طريق سريع مزدحم ولا أريد فتح النوافذ على الإطلاق ، فإنني أستخدم نظام التهوية.

غبار أسود على النافذة ، تراكم في حوالي ثلاثة

أشهر.دراسة حلول مختلفة لمشكلة التهوية دون فتح النافذة ، قمت بعمل قائمة قصيرة من ثلاثة خيارات:

تركيب أنفاس في كل غرفة.
تركيب الوحدة الخارجية وأسلاك القنوات على الجدار الخارجي.
نظام تهوية مركزي.

تم رفض التنفس على الفور ، حيث كان يجب وضعهم في كل غرفة ، وفي رأيي ، فإنهم صاخبون تمامًا لتبادل الهواء العادي. كان أحد الشروط المهمة بالنسبة لي هو مستوى الضوضاء المنخفض والقدرة على تهوية الغرفة بسرعة. عند استخدام متنفس ، يتم تعليق كتلة مع مرشحات ومروحة مباشرة على الحائط داخل الغرفة ، مما يشغل مساحة إضافية في الشقة.

يعرض العديد من التركيبات تركيب وحدة تهوية خارجية أو تثبيت وحدة تزويد بالشرفة. لكن ليس لدي شرفة ، وستبدو الوحدة الخارجية على الحائط ضخمة إلى حد ما. بالنظر إلى أن وحدتين من مكيفات الهواء معلقة على الحائط بالفعل ، لم يكن مثل هذا التصميم قد حصل على الموافقة. لذلك ، اخترت نظام تهوية مركزي.

نظرًا لأن مساحة الشقة محدودة ولم تكن هناك رغبة في خفض السقوف في جميع أنحاء الشقة ، تم تثبيت التدفق في الممر ، حيث تم تخفيض السقوف ، وتم إدخال المدخلات من غرفة الأطفال.

مدخل التهوية

تم حفر ثقب بقطر 160 مم في الجدار الخارجي باستخدام مثقاب ماسي ومجلفن بشواية خارجية. تم عزل أنبوب المدخل بعزل K-flex. ثم يمر الأنبوب على طول جدار المطبخ ويدخل وحدة التهوية الرئيسية.

Breezart 550 lux

Breezart 550 لوكس وحدة التهوية ووحدة التصفية الاختيارية

تم اختيار وحدة التهوية بواسطة Breezart . عند الاختيار ، أخذت في الاعتبار تكلفة التثبيت والأبعاد والقدرة على الاتصال بنظام التشغيل الآلي. تبلغ قدرة الوحدة 550 م 3 في الساعة:

يحتوي النظام على مروحة هادئة بعشر سرعات وسخان هواء كهربائي. يتم تركيب صمام كهروميكانيكي عند المدخل ، يتم إغلاقه عند إيقاف تشغيل الوحدة بحيث لا يتجول الهواء البارد حول الشقة. من ناحية الإلكترونيات ، قدم التثبيت ثلاثة منافذ Modbus وأجهزة استشعار درجة الحرارة وأجهزة استشعار الضغط لتحديد ما إذا كانت المرشحات متسخة. مرفق مع التثبيت مرشح خشن G4.

المرشح الخشن بعد ستة أشهر من الاستخدام

انسداد المرشح الخشن بنسبة 70٪ بعد عام من الاستخدام ، ولكن بناءً على مستشعر CO₂ ، لم تعد التهوية تسحب بسرعات منخفضة. حتى 20 ديسمبر - المرشح مسدود ، بعد 20 ديسمبر - مرشح جديد ، السرعة هي نفسها

بعد تركيب التهوية ، يوجد مرشح دقيق F7. باستخدام فلاتر أدق ، مثل HEPA ، بالنسبة إلى وضعي ، اعتبرتها غير مناسبة: سوف تسد بسرعة ولن يتمكن التثبيت من دفعها. أيضًا ، لا يوصي المصنعون بتجاوز انخفاض الضغط عبر الفلتر ، حيث سيؤدي ذلك إلى زيادة الحمل على المروحة وقد تبدأ الأوساخ من المرشحات في النفخ في الغرف.

بعد المرشح الدقيق ، يتم تركيب منظمين ميكانيكيين لتدفق الهواء ، يليهما العديد من قنوات الهواء المرنة SONODEC إلى الغرف. تم اختيار هذا النوع من القنوات حتى لا تضع كاتم صوت ضخمًا وفي نفس الوقت تغرق ضجيج التثبيت. بعد إغلاق السقف ، يكون نظام التهوية مسموعًا فقط عند السرعة 8 (440 م 3 في الساعة) وفقط من الممر. في منفذ التهوية توجد شبكات قابلة للتعديل في اتجاهين.

نظام تهوية مثبت على السقف

خرج التهوية إلى إحدى الغرف

يتم توصيل جهاز تحكم عن بعد من المجموعة بأحد منافذ Modbus ، وخادم Modbus TCP HF2211 إلى الثاني.

Modbus RTU — Modbus TCP converter HF2211

Modbus RTU — Modbus TCP converter HF2211

Modbus RTU - Modbus TCP محول HF2211

يتيح لك هذا الخادم الاتصال بالشبكة الداخلية عبر Wi-Fi أو Ethernet من جهة ، وبجهاز Modbus RTU من جهة أخرى. بعد ذلك ، يمكنك رفع الخادم بالإعدادات اللازمة والوصول بالفعل إلى وحدة التهوية عبر الشبكة. يتم استطلاع التثبيت كل 300 مللي ثانية: يتم التحقق من الأخطاء والمجموعات الاختبارية وبعد ذلك فقط يُسمح لكتابة بعض البيانات إلى السجلات. يحدث الاتصال بالتثبيت من خلال البرنامج المساعد node-red-contrib-modbus . مخطط استقبال وإرسال المعلمات من وحدة التهوية عبر MODBUS مخطط استقبال وإرسال المعلمات من وحدة التهوية من خلال MODBUS موقع الشركة المصنعة لديها مفصلة إشارة سجلات MODBUS و صفا عاما

لهذا التثبيت ، ولكنك تحتاج إلى التحقق من إصدار وحدة التحكم والبرامج الثابتة. يتم التحكم في وحدة التهوية تلقائيًا بمرور الوقت بواسطة مستشعر CO₂ MH-Z19b. التشغيل الآلي لتهوية التدفق تهوية التشغيل الآلي للتدفق جهاز استشعار CO₂ قابل للنقل ، ويتم تجميعه على أساس مستشعر MH-Z19b ، وبطاريتين 18650 ، و ESP32 و IRF520 mosfet (لفصل الطاقة عن المستشعر أثناء نوم وحدة التحكم). قراءات CO₂ لمدة شهر ، تصل إلى 1800 جزء في المليون - جاء الضيوف مع تضمين التهوية اللاحقة في دورات أعلى.اعتمادًا على سرعة التثبيت ، يتم ضبط درجة حرارة مريحة للهواء الوارد ، والتي تسخن سخان الهواء.

عند السرعات العالية ، يلزم درجة حرارة أعلى - وإلا سيتم الشعور بتيار من الهواء البارد. لكي لا تستهلك الكثير من الكهرباء في الشتاء ، عندما يكون الطقس باردًا خارج −7 درجة مئوية ، يقتصر التثبيت على سرعة ثالثة. في الليل ، يقتصر التثبيت على سرعة رابعة. في حالة عدم وجود أي شخص في المنزل ، يتحول النظام تلقائيًا إلى السرعة الأولى. في الأمر "عطلة" ، يتم إيقاف تشغيل كاملة.

هناك وضع التسخين المسبق بعد الإجازة ، والبث بأقصى سرعة والانتقال إلى السرعة الأولى على جهاز ضبط الوقت. إذا كان النظام يحتوي على مستشعرات CO₂ ، فإن التحكم الإضافي في السرعة ممكن وفقًا للقيود العالمية.

تكييف

يحتوي النظام على العديد من مكيفات الهواء مع أوضاع التبريد والتدفئة. كانت هناك فكرة لوضع تكييف مركزي ، ولكن جميع الأنظمة كبيرة جدًا ولا تسمح بتنظيم درجة الحرارة في كل غرفة. لسوء الحظ ، يتم التحكم في مكيفات الهواء الخاصة بي فقط بواسطة IR. لذلك اشتريت لوحة تحكم Broadlink RM Mini3.

Broadlink RM Mini3

إذا كنت تستخدم تطبيقًا أصليًا ، فسوف يتصل جهاز التحكم عن بُعد هذا بالخوادم الصينية ، بحيث يتم نقل جميع أوامر التكوين والإدارة مباشرة من Node-RED باستخدام وحدة تحكم node-red-contrib-broadlink- module .

نظرًا لأنني لم أجد أي رموز IR نظيفة لمكيفات الهواء ، ويقوم جهاز التحكم عن بُعد بنقل الحالة بأكملها (المراجعات ، الوضع ، درجة الحرارة) - تم نسخ جميع الحالات المحتملة للتدفئة والتبريد من مكيف الهواء البعيد باستخدام Broadlink إلى قاعدة البيانات. لم تكن هناك أوامر نظيفة لتمكين أو تعطيل أي منهما.

لكني وجدت كيفية استخدام مكيف الهواء في تشغيل وإيقاف الموقتات. قمت بتعيينها لمدة 10 ثوانٍ وقمت بنسخها إلى قاعدة البيانات. الآن ، عند تشغيله ، يتم أولاً إرسال الأمر الذي يتم تشغيله بواسطة المؤقت ، ثم الأمر لتعيين الوضع مع درجة الحرارة. التحكم في تكييف الهواء

يتحقق البرنامج النصي من حالة الطقس في الخارج ، وإذا كانت القيم مقبولة (أكثر من −7 درجة مئوية) ، فإنه يقوم بتشغيل مكيف الهواء للتدفئة أو التبريد ، اعتمادًا على الوقت من اليوم ودرجة حرارة الغرفة. يقرأ مستشعر درجة الحرارة مرة واحدة في الساعة.

إذا غادر الجميع المنزل ، تتوقف مكيفات الهواء. إذا لم يكن هناك أحد وكانت درجة الحرارة مرتفعة جدًا أو منخفضة جدًا ، ولكن لم يتم تشغيل بطاريات التسخين بعد ، يتم التبريد أو التدفئة لمدة 15 دقيقة كل ساعة للحفاظ على المناخ الداخلي. سيناريو إدارة مكيفات الهواء

تدفئة ارضية

يحتوي النظام على ثلاث دوائر لتسخين الأرضية الكهربائية. يتم التحكم فيها عن طريق ثلاثة ترموستات HeatIt Z-Wave .

ترموستات الحرارة

Thermostat HeatIt

يسمح لك الترموستات بتكوين معلمات مقاومة مختلفة لأنواع مختلفة من عناصر التسخين ، ولديه حماية للأطفال ، ووضعين للحفظ محفوظين وإعدادات ثانوية أخرى.

في موسم البرد ، يتم ضبط درجة حرارة الأرضية على درجة واحدة أكثر من الصيف. عندما لا يكون هناك أحد في المنزل ، وأيضًا في الليل ، يتم إيقاف تشغيل الأرضيات لتوفير الطاقة وتشغيلها إما في الصباح أو بمجرد عودة شخص ما إلى المنزل. في الحمام ، ترفع الأرضية درجة الحرارة ، إذا كان الضوء قيد التشغيل ، يكون الباب مغلقًا ، كانت هناك حركة حتى يتم إغلاق الباب وزيادة الرطوبة بشكل حاد. بعد ساعة ، ينتقل الأرضية إلى حالته السابقة أو ينطفئ (إذا حل الليل).

الكلمة ساخنة إدارة النصي إدارة الطابق النصي ساخنة

تدفئة مركزية

نظرًا لأن موسكو لا تقوم دائمًا بإيقاف تشغيل التدفئة أو تنظيمها في الوقت المحدد اعتمادًا على درجة الحرارة خارج النافذة ، فقد تقرر وضع منظم حرارة Danfoss Living Connect على كل بطارية .

ترموستات Danfoss المعيشة الاتصال

ثيرموستات Danfoss Living Connect

يعمل الترموستات هذا ببطاريتي إصبع باستخدام بروتوكول Z-Wave. لقد مر عام منذ التثبيت ، ولكن البطاريات لم تنفد بعد. درجة الحرارة القصوى المحددة هي 28 درجة مئوية. نظرًا لأن المستشعر بجوار البطارية وجهاز التحكم عن بعد غير متصل ، فإنه يقع أحيانًا.

في فصل الصيف ، يكون منظم درجة الحرارة دائمًا في وضع "مفتوح" ويقوم بإغلاق كامل مرة كل أسبوعين ، حتى لا يتأكسد المخزون. عند الاتصال لأول مرة خلال الأسبوع ، تتم معايرة المستشعر (وهو ما لم يرضي زوجتي حقًا ، حيث تم إيقاف تشغيل البطاريات بشكل دوري بشكل دوري) ، ولكن بعد ذلك عمل كل شيء كما ينبغي. قبل بدء موسم التسخين ، يتم فحص متوسط درجة الحرارة الخارجية لمدة أسبوعين ، وإذا كانت أقل من 10 درجات مئوية ، فإن منظمات الحرارة تدخل في وضع التدفئة. إذا كانت درجة الحرارة في الغرفة أعلى من درجة الحرارة المريحة ، تخفض منظمات الحرارة درجة الحرارة أو تغلق البطارية تمامًا.

مرطبات

لترطيب الهواء في الشقة ، تم النظر في أجهزة الترطيب المركزية. هناك نوعان رئيسيان: البخار والتقليدي. يتطلب مرطب البخار الكثير من الكهرباء لتسخين المياه باستمرار. يعمل كلا النوعين من المرطب على تصريف الكثير من الماء في البالوعة حتى لا تتفتح. من الضروري إجراء الحسابات حتى لا تتفتح القنوات وتتدفق. من الجدير أيضًا مراعاة أن أجهزة الترطيب المركزية باهظة الثمن وتحتل مساحة كبيرة.

قررت استخدام أجهزة ترطيب بالموجات فوق الصوتية في كل غرفة. إنها ترفع الرطوبة بسرعة ، ولكنها تتطلب مياه نقية ، ويفضل بعد التناضح العكسي. يمكن ضبط الرطوبة على المرطبات نفسها ، أو يمكن التحكم فيها باستخدام الأشعة تحت الحمراء.

مثال على كيفية عمل الواجهة

في الجزء الثاني من المقالة سأتحدث عن الإضاءة ، ونظام الوسائط المتعددة وأجهزة الاستشعار الأمنية ، وكذلك تلخيص الاستخدام طويل المدى للنظام.

حكاية كيفية أتمتة الشقة باستخدام Node-RED. الجزء الأول