En este artículo revisaremos la experiencia de desarrollar e implementar una casa inteligente en un apartamento de dos habitaciones. Aquí, se presentará el punto de vista del autor sobre el enfoque del diseño y desarrollo de una casa inteligente, así como una solución llave en mano que ha funcionado con éxito durante 4 años.Bienvenido a quienes desean que su hogar sea inteligente.Que es un hogar inteligente? Nos alejaremos de las definiciones oficiales y lo veremos desde el punto de vista del consumidor. Cuando el autor compartió por primera vez sus ideas de una casa inteligente con su amigo, dijo: "¿No puedes llegar al interruptor y encender la luz tú mismo?" A su manera, tiene razón: el autor es vago (una broma). La idea de una casa inteligente consiste precisamente en el hecho de que él mismo realizaría manipulaciones para controlar la iluminación, el suministro de energía y, al mismo tiempo, ahorrar recursos y garantizar la seguridad. Por lo tanto, una casa inteligente es un complejo de soluciones de software y hardware destinadas a mejorar la calidad de vida de quienes viven en la casa. Sí, es cierto, una casa inteligente debe considerarse como lo que hace que su vida sea más cómoda, y no como un juguete grande y costoso. En este concepto, el autor del artículo reconoce que el control por voz de un hogar inteligente es innecesario y considerade lo que una casa inteligente debería darse cuenta, y en el futuro, también anticipar el comportamiento humano típico.Patrones de comportamiento
¿Por dónde empezar cuando piensas en una casa inteligente? Con la elección de la tecnología, un controlador central? No y no otra vez. En primer lugar, hágase la pregunta: ¿por qué necesito una casa inteligente? ¿Qué hará él por mí? Según el autor del artículo, hay cuatro grupos de funciones que una casa inteligente puede proporcionar:- Patrones de comportamiento: apoyo al comportamiento típico de vivir en un apartamento, en términos del uso de electrodomésticos e iluminación.
- Ambiente cómodo: creando comodidad dependiendo de las condiciones, por ejemplo, día, noche, invitados, velada romántica, etc.
- Soporte de información: varios consejos para las personas que viven en el apartamento sobre el clima, atascos, eventos actuales, como cumpleaños de amigos, etc.
- Hogar seguro: prevención de emergencias, apagado rápido de electrodomésticos, funciones de seguridad.
Todos estos grupos de funciones deben pensarse cuidadosamente, coordinarse con todos los que viven en el apartamento, y solo después de eso podemos hablar sobre el diseño de un sistema de hogar inteligente. Mostramos un ejemplo de dicho diseño, utilizando el ejemplo de la función de hogar inteligente del autor del artículo.Entonces, comencemos con los patrones de comportamiento. Para verlos, debe observarse a sí mismo y a su familia durante algún tiempo. En el marco de las observaciones, registramos: a qué hora se levanta una persona, siempre toma comida al mismo tiempo o en un cierto intervalo, la ruta alrededor del apartamento, desde el momento en que se despierta para salir de la casa, la ruta a lo largo del apartamento desde el momento en que llega a casa hasta el final. Como resultado, obtenemos una imagen en la que es importante para nosotros: qué tipo de fuentes de luz utiliza una persona, qué necesita para una vida cómoda: la inclusión de un piso cálido en el baño, iluminación suave, luces tenues por la noche, etc. Se deben encontrar dichos patrones para cada miembro de la familia. y obtener algo intermedio que no altere la comodidad de los demás. Supongamos que un esposo se levanta más temprano que su esposa todos los días.Para no despertar a su esposa, puede encender una luz verde débil en el techo durante cinco minutos en lugar de la iluminación del techo y luego apagarla (según la experiencia del autor, una luz verde débil no interfiere con el sueño de otras personas). Como resultado, se realizaron dos patrones: la mañana del fin de semana y la mañana de la semana. En el marco de estos patrones, la casa inteligente en sí misma enciende la iluminación en el momento adecuado, la radio se apaga sola y dice, con la ayuda de varios colores de las luces del techo, cuánto tiempo queda antes de ir a trabajar. Los patrones en sí son lanzados por el hogar inteligente sobre la base de los cálculos del tiempo necesario para los procedimientos de la mañana antes del inicio de un evento desde el calendario de Google. Para esto, se desarrolló un despertador inteligente especial que analiza los datos sobre los próximos eventos.Para crear un ambiente confortable, también es necesario observar qué tipo de iluminación nos sentimos cómodos cuando vamos a la cocina por la noche, prendemos el piso cálido por la mañana todos los días o solo los fines de semana, ¿qué tipo de iluminación establecemos cuando miramos televisión? Como resultado de tales observaciones, el autor se dio cuenta de una luz de fondo verde en las habitaciones, y en lugares públicos la luz del techo era del 10% del valor nominal, que se enciende y apaga mediante el comando de sensores de movimiento. Cuando lleguen los invitados, puede notar un cambio suave en los colores de la luz de fondo, "torcer" el video con una chimenea en el televisor y reproducir música agradable desde la columna de audio. Y todo esto mediante un comando desde el panel de control o telegrama. En el marco de este grupo de funciones, el autor se dio cuenta, además del modo nocturno, de encender la luz de fondo blanca brillante mientras encendía el televisor,modo de invitado con un cambio suave en el color de la luz de fondo.El soporte de información es opcional, pero agradable. Es bueno, después de todo, cuando vas a trabajar, una casa inteligente y atenta con voz humana te recuerda la necesidad de llevar un paraguas, porque está lloviendo afuera. Y por la noche, al regresar a casa, siempre es agradable escuchar música tranquila, después de un largo día de trabajo, que la misma casa inteligente incluye automáticamente para usted.Y finalmente, un hogar seguro. La función básica de cualquier hogar inteligente es apagar la iluminación y los electrodomésticos cuando las personas se van de casa. Pero, ¿qué pasa si tienes un estudiante curioso en casa que puede hacer cosas mientras sus padres están en el trabajo? Una casa inteligente desconectará todos los enchufes, dejando casi ninguna posibilidad de causar problemas. Y cuando vienen los padres, el sistema lo reconoce y enciende la fuente de alimentación en todo el departamento. El autor del artículo tuvo un caso cuando olvidó apagar la estufa eléctrica y se fue a trabajar. Y solo debido al hecho de que la casa inteligente apaga automáticamente todos los electrodomésticos no sucedió la infelicidad.Arquitectura
Después de formular todos los deseos, puede comenzar a desarrollar la arquitectura de un hogar inteligente. Aquí, es importante tener en cuenta la escala de la sala que administrará el sistema. Debe decidir sobre la topología de las líneas eléctricas y de control de antemano. La opción ideal es una topología en estrella, donde cada consumidor tiene su propia línea de suministro de energía, y todos los componentes electrónicos de control se ensamblan en un panel, al lado del panel clásico, donde se instalan los interruptores del panel. Una opción más económica es cuando el cableado del "bus común" se utiliza como constructores en Rusia), y el relé de control está conectado al circuito directamente en frente del dispositivo. La desventaja de este método es la complejidad del mantenimiento posterior del relé, ya que puede cerrarse con un techo tensado, tejas o papel tapiz.Hasta la fecha, hay relés que se pueden montar directamente en las cajas de montaje junto con equipos eléctricos, pero más profundos que los que se instalan masivamente en edificios nuevos en ciudades rusas.El siguiente punto importante que define la arquitectura de un hogar inteligente son las comunicaciones de control. Las comunicaciones de gestión son de dos tipos:- líneas de comunicación separadas para cada conmutador o relé, o un grupo de relés controlado por una línea de comunicación, por ejemplo MegaD-2561 (https://ab-log.ru/). Ventaja - confiabilidad, desventaja - altos costos para líneas de comunicación adicionales
- radio control. Cada relé está controlado por un comando transmitido por el aire. Las ventajas de este método incluyen la facilidad de instalación y la ausencia de líneas de control adicionales. La desventaja es la señal de radio, que puede atenuarse debido a la interferencia externa y luego el comando puede no llegar al relé. Como ejemplo de tales retransmisiones, podemos citar el sistema Noolite (http://noolite.by/), que es utilizado por el autor del artículo.
Basado en consideraciones económicas, el autor del artículo para una casa inteligente eligió un canal de radio. Para aumentar la flexibilidad del sistema, cada "consumidor" tenía su propia línea eléctrica tendida.La decisión más importante en la arquitectura de un hogar inteligente es el esquema de control, descentralizado o centralizado. Analizaremos cada uno de ellos en detalle.En un esquema de control descentralizado, todos los dispositivos están interconectados y no hay un solo centro de decisión en el sistema. Aquí se realiza la conexión "cada uno con cada uno". De hecho, esto no es diferente del circuito de control de iluminación habitual, excepto que los interruptores y los relés reciben un poco de "inteligencia" y, por ejemplo, pueden apagar las luces por tiempo de espera, o desde un solo interruptor, encender inmediatamente varias fuentes de luz controladas por diferentes relé. En dicho esquema, se permite la presencia de un controlador doméstico inteligente, que también recibe notificaciones sobre el estado de las fuentes de luz y puede, de acuerdo con la lógica incorporada, enviar comandos de control al relé.
El diagrama muestra que el comando del botón (Botón) se envía directamente a los relés asociados con él, sin embargo, este comando también se transmite al controlador, al que simplemente se le notifica el hecho de presionar. Al mismo tiempo, el relé, cuando cambia su estado, también notifica al controlador sobre esto. Tal esquema es absolutamente confiable, ya que en el caso de una falla del controlador, la iluminación seguirá funcionando, pero no habrá funciones adicionales. Por otro lado, dicho esquema es menos flexible, ya que será más difícil implementar cambios en la lógica de operación de un interruptor con diferentes relés, por ejemplo, dependiendo de la hora del día. Para tal tarea, un esquema centralizado es adecuado.
A partir de este diagrama, queda claro que todos los comandos se envían al controlador doméstico inteligente y que este control también lleva a cabo todo el control. La principal desventaja de tal esquema es un solo punto de falla. Cuando el controlador falla, todo el sistema deja de funcionar, sin embargo, una ventaja importante de dicha solución es la gran flexibilidad en la administración del dispositivo, la capacidad de cambiar completamente la lógica de trabajo, dependiendo de las preferencias de los residentes. Basado en el hecho de que la probabilidad de falla del controlador es pequeña (durante la operación de cuatro años del sistema solo hubo una falla grave debido a una tarjeta de memoria), el autor eligió un esquema de arquitectura centralizada para un hogar inteligente.Implementación
Para implementar un hogar inteligente, además de las soluciones de hardware, cuya revisión no es el propósito de este artículo, debe elegir una plataforma de software. Ahora en el mercado hay muchas soluciones basadas en software libre. Según el autor, los siguientes proyectos son dignos de consideración (incluidos los sistemas con los que el autor trabajó directamente):- Majordomo : el sistema está escrito en PHP. Para la programación, se utiliza el concepto de objetos, sus propiedades y métodos. Es compatible con un gran conjunto de dispositivos y tiene una gran comunidad rusa. Es bueno para un inicio rápido, sin embargo, el uso del DBMS MySQL y la arquitectura de la aplicación web clásica por parte de este sistema es su inconveniente significativo. Este sistema fue utilizado por el autor en la primera versión de la casa inteligente. Puede usar PHP o Google Blockly como herramienta de programación lógica.
- OpenHAB — , Java. , . Google Blockly
- Node-red — , , (rest, mqtt . .). , , , . .
- ioBroker — JavaScript (Node JS). , . — . JavaScript, Google Blockly Node-red, ioBroker . , 2019 .
La casa inteligente en sí se implementa actualmente sobre la base del Rapsberry PI 3 y el sistema operativo Rapsberrian. Como ya se mencionó, el sistema ioBroker se utiliza como sistema de control. La iluminación y la gestión de energía se basan en la tecnología Noolite. Como complemento de hardware, se utiliza un módulo GSM, que se utiliza para notificaciones de emergencia en ausencia de Internet, y también como un canal de control del sistema adicional a través de SMS desde teléfonos confiables.La lógica de interacción entre dispositivos se implementa en base a JavaScript, Google Blockly y scripts de nodo rojo.JavaScript es un programa regular para NodeJS. Por ejemplo, el timbre de los timbres se implementa en el hogar inteligente del autor de esta manera: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);
});
Aquí, el código ioBroker llama a cada hora en el intervalo de 8: 00-23: 00 una función que genera el nombre del archivo en el que se registra el timbre del timbre para la hora correspondiente y reproduce el archivo de audio requerido en el dispositivo externo.Google Blockly le permite escribir código en un lenguaje de programación visual sin entrar en los detalles de JavaScript. Por ejemplo, así es como se enciende la luz en el pasillo usando un sensor de movimiento: cuando el sol se ha puesto, la luz se enciende al 100%, en modo nocturno, con un brillo del 10%:
aquí vemos una suscripción al evento de un cambio en el estado del sensor de movimiento. Este código se llamará cuando el estado cambie y contenga "verdadero".Usando Node-red, podemos implementar escenarios de control simples. Por ejemplo, en el baño, podemos usar un código simple para controlar la luz del sensor de movimiento:
en el momento en que el sensor de movimiento cambia su estado, los bloques de script Node-red se ejecutan automáticamente. Cuando el sensor de movimiento envía un comando de "apagado", la secuencia de comandos da un retraso de 5 minutos, después de lo cual apaga la luz. Si dentro de 5 minutos el sensor de movimiento envía un comando de "encendido", el retraso se reiniciará y la luz permanecerá encendida. Una discusión sobre los detalles de implementación para los bloques Node-red está más allá del alcance de este artículo.Por lo tanto, gracias al enfoque del hogar inteligente como un sistema que mejora la calidad de vida, el autor del proyecto pudo realizar su sueño de un hogar inteligente sin experimentar costos económicos significativos. En el momento del lanzamiento del proyecto para un apartamento de dos habitaciones, los costos ascendían a unos 50,000 rublos ($ 811).