Neste artigo, revisaremos a experiência de desenvolver e implementar uma casa inteligente em um apartamento de dois quartos. Aqui, será apresentado o ponto de vista do autor sobre a abordagem para o design e desenvolvimento de uma casa inteligente, além de uma solução pronta para uso que funcione com sucesso há 4 anos.Bem-vindo a quem deseja tornar sua casa inteligente.O que é uma casa inteligente? Vamos nos afastar das definições oficiais e analisá-las do ponto de vista do consumidor. Quando o autor compartilhou suas idéias de uma casa inteligente com seu amigo, ele disse: "Você não consegue ligar o interruptor e acender a luz sozinho?" À sua maneira, ele está certo - o autor é preguiçoso (uma piada). A idéia de uma casa inteligente consiste precisamente no fato de ele próprio realizar manipulações para controlar a iluminação, a fonte de alimentação e, ao mesmo tempo, economizar recursos e garantir a segurança. Assim, uma casa inteligente é um complexo de soluções de software e hardware destinadas a melhorar a qualidade de vida das pessoas que moram na casa. Sim, isso mesmo, uma casa inteligente deve ser considerada como o que torna sua vida mais confortável, e não como um brinquedo grande e caro. Nesse conceito, o autor do artigo reconhece o controle por voz de uma casa inteligente como desnecessário e considerao que uma casa inteligente deve realizar e, no futuro, também antecipar o comportamento humano típico.Padrões de comportamento
Por onde começar quando você pensa em uma casa inteligente? Com a escolha da tecnologia, um controlador central? Não e não novamente. Antes de tudo, faça a si mesmo a pergunta - por que preciso de uma casa inteligente? O que ele vai fazer por mim? Segundo o autor do artigo, existem quatro grupos de funções que uma casa inteligente pode oferecer:- Padrões comportamentais - suporte ao comportamento típico de morar em um apartamento, em termos de uso de aparelhos elétricos e iluminação.
- Ambiente confortável - criando conforto, dependendo das condições, por exemplo, dia, noite, convidados, noite romântica, etc.
- Suporte de informações - várias dicas para as pessoas que moram no apartamento sobre clima, engarrafamentos, eventos atuais, como aniversários de amigos etc.
- Casa segura - prevenção de emergências, desligamento rápido de aparelhos elétricos, funções de segurança.
Todos esses grupos de funções devem ser cuidadosamente pensados, coordenados com todos os que moram no apartamento, e somente depois disso podemos conversar sobre o projeto de um sistema doméstico inteligente. Vamos mostrar um exemplo desse design, usando o exemplo da função de casa inteligente do autor do artigo.Então, vamos começar com padrões comportamentais. Para vê-los, você precisa observar a si e à sua família por algum tempo. No quadro das observações, registramos: a que horas uma pessoa acorda, ela sempre leva comida ao mesmo tempo ou em um determinado intervalo, a rota ao redor do apartamento, a partir do momento em que acorda para sair de casa, a rota ao longo do apartamento a partir do momento em que chega em casa até o fim dos tempos. Como resultado, temos uma imagem em que isso é importante para nós: que tipo de fonte de luz a pessoa usa, o que precisa para uma existência confortável - a inclusão de piso quente no banheiro, iluminação suave, iluminação fraca à noite etc. Esses padrões devem ser encontrados para cada membro da família e conseguir algo que não perturbe o conforto dos outros. Suponha que um marido se levante mais cedo do que a esposa todos os dias.Para não acordar sua esposa, você pode acender uma luz verde fraca no teto por cinco minutos, em vez de iluminar o teto, e depois desligá-la (pela experiência do autor, uma luz verde fraca não interfere no sono de outras pessoas). Como resultado, dois padrões foram realizados - a manhã do fim de semana e a manhã da semana. Dentro da estrutura desses padrões, a própria casa inteligente acende a iluminação na hora certa, o rádio desliga e diz a si mesmo com várias cores das luzes do teto quanto tempo resta para começar a trabalhar. Os próprios padrões são lançados pela casa inteligente com base em cálculos do tempo necessário para os procedimentos da manhã antes do início de um evento no calendário do Google. Para isso, foi desenvolvido um despertador inteligente especial que analisa dados sobre os próximos eventos.Para criar um ambiente confortável, também é necessário observar que tipo de iluminação nos sentimos confortáveis quando vamos à cozinha à noite, ligamos o piso quente pela manhã todos os dias ou apenas nos fins de semana, que tipo de iluminação ajustamos quando assistimos TV? Como resultado dessas observações, o autor percebeu uma luz de fundo verde nas salas e, em locais públicos, a luz do teto era de 10% da nominal, que é ligada e desligada pelo comando dos sensores de movimento. Quando os convidados chegam, você pode perceber uma mudança suave nas cores da luz de fundo, “girar” o vídeo com uma lareira na TV e tocar música agradável da coluna de áudio. E tudo isso por um comando do painel de controle ou telegrama. No quadro desse grupo de funções, o autor percebeu, além do modo noturno, ligar a luz de fundo branca brilhante enquanto liga a TV,modo convidado com uma mudança suave na cor da luz de fundo.O suporte de informações é opcional, mas agradável. É bom, afinal, quando você vai trabalhar, uma casa inteligente e cuidadosa com uma voz humana lembra a necessidade de pegar um guarda-chuva, porque está chovendo lá fora. À noite, ao voltar para casa, é sempre agradável ouvir música calma, após um longo dia de trabalho, que a mesma casa inteligente inclui automaticamente para você.E, finalmente, um lar seguro. A função básica de qualquer casa inteligente é desligar a iluminação e os eletrodomésticos quando as pessoas saem de casa. Mas e se você tiver um aluno curioso em casa que possa fazer as coisas enquanto os pais dele estiverem trabalhando? Uma casa inteligente desligará todos os soquetes, deixando quase nenhuma chance de causar problemas. E quando os pais chegam, o sistema reconhece isso e liga a fonte de alimentação em todo o apartamento. O autor do artigo teve um caso em que se esqueceu de desligar o fogão elétrico e foi trabalhar. E apenas devido ao fato de que a casa inteligente desligou automaticamente todos os aparelhos não aconteceu infelicidade.Arquitetura
Depois que todos os desejos são formulados, você pode começar a desenvolver a arquitetura de uma casa inteligente. Aqui, é importante levar em conta a escala da sala que o sistema gerenciará. Você deve decidir sobre a topologia das linhas elétricas e de controle com antecedência. A opção ideal é uma topologia em estrela, onde cada consumidor tem sua própria linha de fonte de alimentação e todos os componentes eletrônicos de controle são montados em um painel, ao lado do painel clássico, onde os interruptores do painel estão instalados. Uma opção mais econômica é quando a fiação do "barramento comum" é usada como construtores na Rússia) e o relé de controle é conectado ao circuito diretamente na frente do dispositivo. A desvantagem desse método é a complexidade da manutenção subseqüente do relé, pois ele pode ser fechado por um teto, ladrilho ou papel de parede.Até o momento, existem relés que podem ser montados diretamente nas caixas de montagem, juntamente com equipamentos elétricos, mas mais profundos do que aqueles instalados maciçamente em novos edifícios nas cidades russas.O próximo ponto importante que define a arquitetura de uma casa inteligente é o controle das comunicações. As comunicações de gerenciamento são de dois tipos:- linhas de comunicação separadas para cada comutador ou relé, ou um grupo de relés controlado por uma linha de comunicação, por exemplo, MegaD-2561 (https://ab-log.ru/). Vantagem - confiabilidade, desvantagem - altos custos para linhas de comunicação adicionais
- Controle de radio. Cada relé é controlado por um comando transmitido pelo ar. As vantagens deste método incluem a facilidade de instalação e a ausência de linhas de controle adicionais. A desvantagem é o sinal de rádio, que pode atenuar devido ao ruído externo e, em seguida, o comando pode não alcançar o relé. Como exemplo de tais relés, podemos citar o sistema Noolite (http://noolite.by/), usado pelo autor do artigo
Com base em considerações econômicas, o autor do artigo para uma casa inteligente escolheu um canal de rádio. Para aumentar a flexibilidade do sistema, cada "consumidor" teve sua própria linha elétrica instalada.A decisão mais importante na arquitetura de uma casa inteligente é o esquema de controle - descentralizado ou centralizado. Vamos analisar cada um deles em detalhesEm um esquema de controle descentralizado, todos os dispositivos são interconectados e não existe um único centro de decisão no sistema. Aqui a conexão "cada um com cada" é realizada. De fato, isso não é diferente do circuito de controle de iluminação usual, exceto que os interruptores e os próprios relés recebem um pouco de "inteligência" e, por exemplo, são capazes de desligar as luzes por tempo limite ou, a partir de um único interruptor, imediatamente ligam várias fontes de luz controladas por diferentes retransmissão. Nesse esquema, é permitida a presença de um controlador doméstico inteligente, que também recebe notificações sobre o estado das fontes de luz e pode, de acordo com a lógica incorporada, enviar comandos de controle para o relé.
O diagrama mostra que o comando do botão (Botão) é enviado diretamente aos relés associados a ele, no entanto, esse comando também é transmitido ao controlador, que é simplesmente notificado do fato de pressionar. Ao mesmo tempo, o relé, ao alterar seu estado, também notifica o controlador sobre isso. Esse esquema é absolutamente confiável, pois, no caso de uma falha do controlador, a iluminação ainda funcionará, mas não haverá funções adicionais. Por outro lado, esse esquema é menos flexível, pois será mais difícil implementar alterações na lógica de operação de um comutador com relés diferentes, por exemplo, dependendo da hora do dia. Para tal tarefa, um esquema centralizado é adequado.
A partir deste diagrama, fica claro que todos os comandos são enviados para o controlador doméstico inteligente e todo o controle também é realizado por esse controlador. A principal desvantagem desse esquema é um ponto único de falha. Quando o controlador falha, todo o sistema fica inoperante; no entanto, uma vantagem importante dessa solução é a grande flexibilidade no gerenciamento de dispositivos, a capacidade de alterar completamente a lógica do trabalho, dependendo das preferências dos residentes. Com base no fato de a probabilidade de falha do controlador ser pequena (durante os quatro anos de operação do sistema, houve apenas uma falha grave devido a um cartão de memória), o autor escolheu um esquema de arquitetura centralizada para uma casa inteligente.Implementação
Para implementar uma casa inteligente, além das soluções de hardware, cuja revisão não é o objetivo deste artigo, você precisa escolher uma plataforma de software. Agora no mercado existem muitas soluções baseadas em software livre. Segundo o autor, os seguintes projetos merecem consideração (incluindo sistemas com os quais o autor trabalhou diretamente):- Majordomo - o sistema é escrito em PHP. Para programação, é utilizado o conceito de objetos, suas propriedades e métodos. Ele suporta um grande conjunto de dispositivos e possui uma grande comunidade russa. É bom para um início rápido, no entanto, o uso do MySQL DBMS e a arquitetura do aplicativo clássico da web por este sistema é sua desvantagem significativa. Este sistema foi usado pelo autor na primeira versão da casa inteligente. Você pode usar PHP ou Google Blockly como uma ferramenta de programação lógica.
- OpenHAB — , Java. , . Google Blockly
- Node-red — , , (rest, mqtt . .). , , , . .
- ioBroker — JavaScript (Node JS). , . — . JavaScript, Google Blockly Node-red, ioBroker . , 2019 .
Atualmente, a própria casa inteligente é implementada com base no Rapsberry PI 3 e no sistema operacional Rapsberrian. Como já mencionado, o sistema ioBroker é usado como um sistema de controle. O gerenciamento de iluminação e energia é baseado na tecnologia Noolite. Como complemento de hardware, é usado um módulo GSM, usado para notificação de emergência na ausência da Internet e também como um canal de controle adicional do sistema via SMS de telefones confiáveis.A lógica da interação entre dispositivos é implementada com base nos scripts JavaScript, Google Blockly e Node-red.JavaScript é um programa regular para o NodeJS. Por exemplo, o carrilhão de carrilhões é implementado na casa inteligente do autor, assim: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);
});
Aqui, o código ioBroker chama a cada hora no intervalo 8: 00-23: 00 uma função que gera o nome do arquivo no qual o carrilhão do carrilhão é gravado pela hora correspondente e reproduz o arquivo de áudio necessário no dispositivo externo.O Google Blockly permite escrever código em uma linguagem de programação visual sem entrar nos detalhes do JavaScript. Por exemplo, a inclusão de luz no corredor de acordo com o sensor de movimento é implementada desta maneira: quando o sol se põe, a luz acende a 100%, no modo noturno - a 10% de brilho:
aqui vemos uma assinatura do evento de uma alteração no estado do sensor de movimento. Este código será chamado quando o estado for alterado e contiver "true".Usando Node-red, podemos implementar cenários de controle simples. Por exemplo, no banheiro, podemos usar um código simples para controlar a luz do sensor de movimento:
no momento em que o sensor de movimento muda de estado, os blocos de script em Nó vermelho são executados automaticamente. Quando o sensor de movimento envia um comando "desligar", o script atrasa 5 minutos, após o que apaga a luz. Se em 5 minutos o sensor de movimento enviar um comando "ligar", o atraso será redefinido e a luz permanecerá acesa. Uma discussão dos detalhes de implementação dos blocos vermelhos de nó está além do escopo deste artigo.Assim, graças à abordagem da casa inteligente como um sistema que melhora a qualidade de vida, o autor do projeto conseguiu realizar seu sonho de uma casa inteligente sem sofrer custos econômicos significativos. No momento do lançamento do projeto para um apartamento de dois quartos, os custos eram de cerca de 50.000 rublos (US $ 811).