في هذه المقالة سنراجع تجربة تطوير وتنفيذ منزل ذكي في شقة من غرفتين. هنا ، سيتم عرض وجهة نظر المؤلف حول نهج تصميم وتطوير المنزل الذكي ، بالإضافة إلى حل جاهز يعمل بنجاح لمدة 4 سنوات.مرحبًا بك في أولئك الذين يريدون جعل منازلهم ذكية.ما هو المنزل الذكي؟ سنبتعد عن التعريفات الرسمية وننظر إليها من وجهة نظر المستهلك. عندما شارك المؤلف لأول مرة أفكاره عن المنزل الذكي مع صديقه ، قال: "ألا يمكنك الوصول إلى المفتاح وتشغيل الضوء بنفسك؟" بطريقته الخاصة ، إنه على حق - المؤلف كسول (مزحة). تتكون فكرة المنزل الذكي على وجه التحديد من حقيقة أنه سيقوم بنفسه بإجراء عمليات تلاعب لنا للتحكم في الإضاءة وإمدادات الطاقة ، وفي الوقت نفسه ، توفير الموارد وضمان السلامة. وبالتالي ، المنزل الذكي عبارة عن مجموعة معقدة من حلول البرامج والأجهزة التي تهدف إلى تحسين جودة حياة أولئك الذين يعيشون في المنزل. نعم ، هذا صحيح ، يجب اعتبار المنزل الذكي هو ما يجعل حياتك أكثر راحة ، وليس لعبة كبيرة ومكلفة. في هذا المفهوم ، يعترف مؤلف المقالة بالتحكم الصوتي في المنزل الذكي على أنه غير ضروري ويعتبرهما يجب أن يدركه المنزل الذكي ، وفي المستقبل ، يتوقع أيضًا السلوك البشري النموذجي.أنماط السلوك
من أين تبدأ عندما تفكر في المنزل الذكي؟ مع اختيار التكنولوجيا ، وحدة تحكم مركزية؟ لا ولا مرة أخرى. بادئ ذي بدء ، اسأل نفسك السؤال - لماذا أحتاج إلى منزل ذكي؟ ماذا سيفعل لي؟ وفقًا لمؤلف المقالة ، هناك أربع مجموعات من الوظائف التي يمكن للمنزل الذكي توفيرها:- الأنماط السلوكية - دعم السلوك النموذجي للعيش في شقة ، من حيث استخدام الأجهزة الكهربائية والإضاءة.
- بيئة مريحة - توفير الراحة وفقًا للظروف ، على سبيل المثال ، ليلاً ، نهارًا ، ضيوف ، أمسية رومانسية ، إلخ.
- دعم المعلومات - نصائح مختلفة للأشخاص الذين يعيشون في الشقة حول الطقس والاختناقات المرورية والأحداث الجارية ، مثل أعياد ميلاد الأصدقاء ، إلخ.
- منزل آمن - منع الطوارئ ، وإغلاق سريع للأجهزة الكهربائية ، ووظائف الأمان.
يجب التفكير بعناية في كل هذه المجموعات من الوظائف وتنسيقها مع جميع أولئك الذين يعيشون في الشقة ، وبعد ذلك فقط يمكننا الحديث عن تصميم نظام المنزل الذكي. نعرض مثالاً على مثل هذا التصميم ، باستخدام مثال وظيفة المنزل الذكي لمؤلف المقالة.لذا ، لنبدأ بالأنماط السلوكية. لرؤيتهم ، تحتاج إلى مراقبة نفسك وعائلتك لبعض الوقت. في إطار الملاحظات ، نسجل: ما هو الوقت الذي يستيقظ فيه الشخص ، هل يأخذ دائمًا الطعام في نفس الوقت أو في فاصل زمني معين ، الطريق حول الشقة ، من اللحظة التي يستيقظ فيها لمغادرة المنزل ، الطريق على طول الشقة من لحظة وصوله إلى المنزل حتى وقت الانتهاء. نتيجة لذلك ، نحصل على بعض الصور التي تهمنا: ما هو نوع مصادر الضوء التي يستخدمها الشخص ، وما يحتاجه لوجود مريح - إدراج أرضية دافئة في الحمام ، وإضاءة ناعمة ، وأضواء خافتة في الليل ، وما إلى ذلك. يجب العثور على هذه الأنماط لكل فرد من أفراد الأسرة والحصول على شيء بينهما لن يزعج راحة الآخرين. افترض أن الزوج يستيقظ قبل زوجته كل يوم.لكي لا تستيقظ الزوجة ، يمكنك تشغيل ضوء أخضر ضعيف على السقف لمدة خمس دقائق بدلاً من الإضاءة العلوية ، ثم إيقافه (من تجربة المؤلف ، لا يتداخل الضوء الأخضر الضعيف مع نوم الآخرين). ونتيجة لذلك ، تم تحقيق نمطين - صباح عطلة نهاية الأسبوع وصباح الأسبوع. في إطار هذه الأنماط ، يقوم المنزل الذكي نفسه بتشغيل الإضاءة في الوقت المناسب ، ويغلق الراديو نفسه ويخبر بمساعدة ألوان مختلفة من أضواء السقف مقدار الوقت المتبقي قبل الذهاب إلى العمل. يتم إطلاق الأنماط نفسها بواسطة المنزل الذكي على أساس حسابات الوقت اللازم لإجراءات الصباح قبل بداية حدث من تقويم Google. لهذا ، تم تطوير منبه ذكي خاص يحلل البيانات حول الأحداث القادمة.لخلق بيئة مريحة ، من الضروري أيضًا ملاحظة نوع الإضاءة المريحة بالنسبة لنا عندما نذهب إلى المطبخ ليلاً ، هل نشغل الأرضية الدافئة في الصباح كل يوم أو فقط في عطلات نهاية الأسبوع ، ما هو نوع الإضاءة الذي نضعه عندما نشاهد التلفزيون؟ نتيجة لهذه الملاحظات ، أدرك المؤلف وجود إضاءة خلفية خضراء في الغرف ، وفي الأماكن العامة كان الضوء العلوي 10 ٪ من الاسمية ، والتي يتم تشغيلها وإيقافها بواسطة أجهزة استشعار الحركة. عند وصول الضيوف ، يمكنك تحقيق تغيير سلس في ألوان الإضاءة الخلفية ، و "لف" الفيديو بمدفأة على التلفزيون ، وتشغيل موسيقى ممتعة من العمود الصوتي. وكل هذا بواسطة أمر واحد من لوحة التحكم أو البرقية. في إطار هذه المجموعة من الوظائف ، أدرك المؤلف ، بالإضافة إلى الوضع الليلي ، تشغيل الإضاءة الخلفية البيضاء الساطعة أثناء تشغيل التلفزيون ،وضع الضيف مع تغيير سلس في لون الإضاءة الخلفية.دعم المعلومات اختياري ، ولكنه ممتع. إنه أمر جيد ، بعد كل شيء ، عندما تذهب إلى العمل ، يذكرك المنزل الذكي ذو الرعاية بصوت بشري بالحاجة إلى أخذ مظلة ، لأنها تمطر في الخارج. وفي المساء ، عند العودة إلى المنزل ، يكون من الرائع دائمًا الاستماع إلى الموسيقى الهادئة ، بعد يوم عمل طويل ، والذي يتضمنه المنزل الذكي نفسه تلقائيًا.وأخيرا ، منزل آمن. تتمثل الوظيفة الأساسية لأي منزل ذكي في إيقاف تشغيل الإضاءة والأجهزة عندما يغادر الأشخاص المنزل. ولكن ماذا لو كان لديك طالب فضولي في المنزل يمكنه القيام بالأشياء أثناء والديه في العمل؟ سوف يقوم المنزل الذكي بإغلاق جميع المقابس ، مما لا يترك أي فرصة تقريبًا للتسبب في مشاكل. وعندما يأتي الوالدان ، يتعرف النظام على ذلك ، ويقوم بتشغيل مصدر الطاقة في الشقة بأكملها. كان لدى كاتب المقال قضية عندما نسي إيقاف الموقد الكهربائي وذهب إلى العمل. وفقط بسبب حقيقة أن المنزل الذكي أغلق جميع الأجهزة تلقائيًا لم يحدث تعاسة.هندسة معمارية
بعد صياغة كل الرغبات ، يمكنك البدء في تطوير بنية المنزل الذكي. هنا ، من المهم أن تأخذ في الاعتبار حجم الغرفة التي سيديرها النظام. يجب أن تقرر مسبقًا طوبولوجيا الخطوط الكهربائية وخطوط التحكم مقدمًا. الخيار المثالي هو طوبولوجيا النجوم ، حيث يكون لكل مستهلك خط إمداد الطاقة الخاص به ، ويتم تجميع جميع إلكترونيات التحكم في لوحة واحدة ، بجوار اللوحة الكلاسيكية ، حيث يتم تثبيت مفاتيح اللوحة. خيار أكثر اقتصادا هو عندما يتم استخدام أسلاك "الحافلات المشتركة" كمصنّعين في روسيا) ، ويتم توصيل مرحل التحكم بالدائرة مباشرة أمام الجهاز. عيب هذه الطريقة هو تعقيد الصيانة اللاحقة للمرحل ، حيث يمكن إغلاقها بسقف ممتد أو بلاط أو ورق حائط.حتى الآن ، هناك مرحلات يمكن تركيبها مباشرة في صناديق التركيب جنبًا إلى جنب مع المعدات الكهربائية ، ولكن أعمق من تلك المثبتة بشكل كبير في المباني الجديدة في المدن الروسية.النقطة المهمة التالية التي تحدد بنية المنزل الذكي هي التحكم في الاتصالات. الاتصالات الإدارية من نوعين:- خطوط اتصال منفصلة لكل محول أو مرحل ، أو مجموعة ترحيل يتحكم فيها خط اتصال واحد ، على سبيل المثال MegaD-2561 (https://ab-log.ru/). ميزة - الموثوقية ، العيب - تكاليف عالية لخطوط الاتصال الإضافية
- مراقبة لاسلكية. يتم التحكم في كل مرحل بواسطة أمر ينقل عبر الهواء. تتضمن مزايا هذه الطريقة سهولة التثبيت وعدم وجود خطوط تحكم إضافية. العيب هو إشارة الراديو ، والتي يمكن أن تضعف بسبب التداخل الخارجي ومن ثم قد لا يصل الأمر إلى التتابع. كمثال على هذه التبديلات ، يمكننا الاستشهاد بنظام Noolite (http://noolite.by/) ، والذي يستخدمه مؤلف المقالة
بناءً على اعتبارات اقتصادية ، اختار مؤلف مقال عن منزل ذكي قناة راديو. لزيادة مرونة النظام ، تم وضع خط كهربائي خاص بكل "مستهلك".إن أهم قرار في بنية المنزل الذكي هو مخطط التحكم - لا مركزي أو مركزي. سنقوم بتحليل كل منها بالتفصيلفي نظام التحكم اللامركزي ، تكون جميع الأجهزة مترابطة ولا يوجد مركز قرار واحد في النظام. هنا تتحقق العلاقة "كل مع بعضها". في الواقع ، هذا لا يختلف عن دائرة التحكم في الإضاءة المعتادة ، باستثناء أن المفاتيح والمرحلات نفسها تتلقى القليل من "الذكاء" ، وعلى سبيل المثال ، قادرة على إطفاء الأضواء عن طريق المهلة ، أو من مفتاح واحد ، قم بتشغيل العديد من مصادر الضوء التي تسيطر عليها مختلف تناوب. في مثل هذا المخطط ، يُسمح بوجود وحدة تحكم منزلية ذكية ، والتي تتلقى أيضًا إشعارات حول حالة مصادر الضوء ويمكنها ، وفقًا للمنطق المضمن ، إرسال أوامر التحكم إلى التتابع.
يوضح الرسم البياني أن الأمر من الزر (زر) يتم إرساله مباشرة إلى المرحلات المرتبطة به ، ومع ذلك ، يتم أيضًا إرسال هذا الأمر إلى وحدة التحكم ، والتي يتم إخطارها ببساطة عن حقيقة الضغط. في الوقت نفسه ، يقوم التتابع ، عند تغيير حالته ، بإخطار وحدة التحكم بذلك. مثل هذا المخطط موثوق به تمامًا ، لأنه في حالة تعطل وحدة التحكم ، ستظل الإضاءة تعمل ، ولكن لن تكون هناك وظائف إضافية. من ناحية أخرى ، يكون هذا المخطط أقل مرونة ، حيث سيكون من الصعب تنفيذ التغييرات في منطق تشغيل مفتاح واحد مع مرحلات مختلفة ، على سبيل المثال ، اعتمادًا على الوقت من اليوم. لمثل هذه المهمة ، مخطط مركزي مناسب.
من هذا الرسم البياني ، من الواضح أن جميع الأوامر يتم إرسالها إلى وحدة تحكم المنزل الذكي ويتم تنفيذ كل التحكم بواسطة وحدة التحكم هذه. العيب الرئيسي لمثل هذا المخطط هو نقطة واحدة من الفشل. عندما تفشل وحدة التحكم ، يصبح النظام بأكمله معطلاً ، ومع ذلك ، فإن الميزة المهمة لمثل هذا الحل هي المرونة الكبيرة في إدارة الجهاز ، والقدرة على تغيير منطق العمل تمامًا ، اعتمادًا على تفضيلات السكان. استنادًا إلى حقيقة أن احتمال فشل وحدة التحكم صغير (خلال تشغيل النظام لمدة أربع سنوات ، كان هناك فشل خطير واحد فقط بسبب بطاقة ذاكرة) ، اختار المؤلف مخطط بنية مركزية للمنزل الذكي.التنفيذ
لتطبيق المنزل الذكي ، بالإضافة إلى حلول الأجهزة ، التي ليس الغرض من مراجعة هذه المقالة ، تحتاج إلى اختيار نظام أساسي للبرامج. الآن في السوق هناك الكثير من الحلول القائمة على البرمجيات الحرة. وفقًا للمؤلف ، فإن المشروعات التالية تستحق الدراسة (بما في ذلك الأنظمة التي عمل المؤلف معها مباشرة):- Majordomo - النظام مكتوب بلغة PHP. للبرمجة ، يتم استخدام مفهوم الأشياء وخصائصها وأساليبها. وهو يدعم مجموعة كبيرة من الأجهزة ولديه مجتمع روسي كبير. إنه جيد لبدء سريع ، ومع ذلك ، فإن استخدام MySQL DBMS وبنية تطبيق الويب الكلاسيكي من قبل هذا النظام هو عيبه الكبير. تم استخدام هذا النظام من قبل المؤلف في الإصدار الأول من المنزل الذكي. يمكنك استخدام PHP أو Google Blockly كأداة برمجة منطقية.
- OpenHAB — , Java. , . Google Blockly
- Node-red — , , (rest, mqtt . .). , , , . .
- ioBroker — JavaScript (Node JS). , . — . JavaScript, Google Blockly Node-red, ioBroker . , 2019 .
يتم تنفيذ المنزل الذكي نفسه حاليًا على أساس Rapsberry PI 3 ونظام التشغيل Rapsberrian. كما ذكرنا من قبل ، يتم استخدام نظام ioBroker كنظام تحكم. تعتمد الإضاءة وإدارة الطاقة على تقنية Noolite. كإضافة للأجهزة ، يتم استخدام وحدة GSM ، والتي تستخدم لإعلام الطوارئ في حالة عدم وجود الإنترنت ، وكذلك كقناة تحكم نظام إضافية عبر الرسائل القصيرة من الهواتف الموثوقة.يتم تنفيذ منطق التفاعل بين الأجهزة استنادًا إلى البرامج النصية JavaScript و Google Blockly و Node-red.JavaScript هو برنامج عادي لـ NodeJS. على سبيل المثال ، يتم تطبيق رنين الأجراس في المنزل الذكي للمؤلف كما يلي:schedule('0 0,8-23 * * *',() =>
{
let currentTime = new Date();
let hour = currentTime.getHours();
if(hour > 12)
hour -= 12;
let file = hour.toString() + 'h.mp3';
playSound('audio/' + file);
});
هنا ، يستدعي رمز ioBroker كل ساعة في الفاصل الزمني 8: 00-23: 00 وظيفة تولد اسم الملف الذي يتم فيه تسجيل رنين الجرس للساعة المقابلة ويقوم بتشغيل الملف الصوتي المطلوب على الجهاز الخارجي.يتيح لك Google Blockly كتابة التعليمات البرمجية بلغة برمجة مرئية دون الدخول في تفاصيل JavaScript. على سبيل المثال ، يتم تنفيذ تضمين الضوء في الرواق وفقًا لمستشعر الحركة بهذه الطريقة: عندما تغرب الشمس ، يتم تشغيل الضوء بنسبة 100٪ ، في الوضع الليلي - عند سطوع 10٪:
هنا نرى اشتراكًا في حالة حدوث تغيير في حالة مستشعر الحركة. سيتم استدعاء هذا الرمز عندما تتغير الحالة وتحتوي على "true".باستخدام العقدة الحمراء ، يمكننا تنفيذ سيناريوهات تحكم بسيطة. على سبيل المثال ، في الحمام ، يمكننا استخدام رمز بسيط للتحكم في الضوء من مستشعر الحركة:
في اللحظة التي يغير فيها مستشعر الحركة حالته ، يتم تنفيذ كتل البرنامج النصي Node-red تلقائيًا. عندما يرسل مستشعر الحركة أمر "إطفاء" ، يعطي البرنامج النصي تأخيرًا لمدة 5 دقائق ، وبعد ذلك يطفئ الضوء. إذا أرسل مستشعر الحركة في غضون 5 دقائق أمر "تشغيل" ، فسيتم إعادة تعيين التأخير وسيظل الضوء قيد التشغيل. مناقشة تفاصيل تنفيذ كتل عقدة حمراء خارج نطاق هذه المقالة.وهكذا ، بفضل نهج المنزل الذكي كنظام يحسن نوعية الحياة ، تمكن مؤلف المشروع من تحقيق حلمه في المنزل الذكي دون أن يواجه تكاليف اقتصادية كبيرة. في وقت إطلاق المشروع لشقة من غرفتين ، بلغت التكاليف حوالي 50000 روبل (811 دولارًا).