Kas yra Protingas namas ir `io-hat` v1

Ankstesniame įraše pristačiau pirmą Protingo namo (PN) eksperimentą panaudojant Raspberry Pi ir pigų 4 relių modulį iš aliexpress.

Čia pamėginsiu įsivardinti kas yra Protingas namas, kam jis reikalingas, kokie populiarūs komerciniai sprendimai naudojami ir kodėl nusprendžiau projektuoti savo DIY PN plokštę io-hat. Pristatysiu io-hat v1 versija.

Protingo namo stendas su io-hat v1

Pateikiu naujo testinio stenduko pristatymą. Straipsnio pabaigoje video su plokštės demonstracija objekte: valdomi vartai ir šviesos.

Kas yra Protingas namas

"Protingas namas" - tai intelektuali technologija, kuri leidžia valdyti bet kurią sistemą Jūsų namuose: nuo apšvietimo ir buities technikos iki automatinių įrenginių ir signalizacijos sistemų. Tai yra visų buities įrenginių optimizavimas, apjungimas į vieną bendrą išmanią sistemą.

Kodėl Protingas namas?

Patogumas

Apšvietimas ir kiti namų įrenginiai gali būti kontroliuojami ne tik įprastais jungikliais bet ir sensoriniu monitoriumi, įtaisytu sienoje, nuotoliniu valdymo pultu ir mobiliuoju telefonu. Tai gali būti ir sena nebenaudojama planšetė:

(Nuortauka Dariaus FB grupėje "Makers of Lithuania")

Praktiškai iš bet kurios vietos, nors ir būnant toli nuo namų, galima valdyti kambario, garažo, kiemo apšvietimą. Pavyzdžiui, būdami savo miegamajame, Jūs galite išjungti šviesą visame name arba tik svetainėje, arba palikti budintį apšvietimą nakčiai. Galite užprogramuoti apšvietimą nuo judesio, paros laiko, metų, oro sąlygų.

Saugumas

Jei Jūsų nėra namie, sistema gali pati įmituoti Jūsų buvimą namuose. Periodiškai įjungs šviesą įvairiose patalpose, paliks budintį naktinį apšvietimą. Šeimininko namuose nėra, o nepageidaumamam stebėtojui susidarys įspūdis, kad namie yra žmonių.

Nereikia pergyventi dėl palikto įjungto prailgintuvo - PN sistema gali išjungti elektros tinklo rozetes automatiškai kai aktyvuojama namų signalizacija arba tai galima padaryti rankiniu būdu telefonu.

Ekonomija

Jei namų šildymo, rekuperacijos, oro kondensavimo sistemos susietos su klimato valdymo sistema, šiluminės išlaidos ženkliai sumažinamos, o jų valdymas tampa prieinamas eiliniam vartotojui.

Lankstumas

Tą patį sieninį klavisą galima naudoti kelių šviesų įjungimui dvigubu paspaudimu (double click) arba naudojant klavišo užlaikymus. Bet kada persigalvojus galima keisti nustatymus ir klavišus naudoti skirtingoms šviesoms ar visai kitiems įrenginiams valdyti.

Populiarūs PN sprendimai

Komerciniai kuriuos diegia specializuotos įmonės

Europoje daug metų žinomas ir aktyviai diegiamas PN prekinis ženklas KNX. Įreninius jai kuria įvairios žinomos firmos: Bosch, ABB, Jung.. Minimali KNX sistema su keliais sensoriais ir valdikliu prasideda nuo 5000 Eur. Kiti: Larnitech, Dali, EnOcean, Loxone.

• Gerai: Ilgametė patirtis; Garantija; Servisas; Didelis įrangos pasirinkimas iš skirtingų gerai žinomų gamintojų
• Blogai: Labai didelė kaina; Uždara sistema

Turime ir kelis lietuviškus gamintojus: Elsis, Eldes

• Gerai: Patikimi; Garantija; Servisas; Palaiko ir laidinius ir belaidžius įrenginius
• Blogai: Didelė kaina; Uždara sistema; Nutolę serveriai; Eldes labiau specializuojasi apsaugos sistemose

Komerciniai belaidžiai "Instaliuok pats"

• Ikea, Philips, Osram siūlo išmanias apšvietimo sistemas

• Sonoff: belaidės relės už sąlyginai mažą kainą. Labai mėgstamos DIY entuziastų.

• Xiaomi siūlo visą gamą įrenginių: apšvietimas, apsauga, buitiniai prietaisai siurbliai, įvairūs jutikliai

• Visus įrenginius apjungia debesyje esančios PN valdymo sistemos Google Assistant, Amazon Alexa, Apple Homekit, Xiaomi Aquara

• Gerai: Patikima kiek patikimas belaidis ryšys; Lengvas diegims; Palyginti nedidelė kaina

• Blogai: Uždara sistema; Nutolę serveriai

Savadarbiai "DIY"

Labai daug. Čia paminėsiu dažniausiai mano sutinkamus:

• Modifikuoti (hacked) Sonoff, Xiaomi
• Pigūs reliniai moduliai iš Aliexpress
• Reliniai moduliai paruošti jungti prie Raspberry Pi

Mano DIY Protingas namas

Komerciniai produktai brangūs, uždari, riboti, valdomi per trečių šalių serverius.
Rinka užtvindyta pigiais moduliais, sensoriais, kameromis. Kodėl jų neapjungti į bendrą sistemą ir nepalengvinti sau gyvenimo?

Projekto tikslas pritakyti turimas žinias ir automatizuoti namus. Pirmu etapu - šviesas, vėliau apsaugos sistemą/signalizaciją, vaizdo kameras, rekuperacijos/vėdinimo, šildymo sistemas ir kitus buities įrenginius.

Pagrindiniai reikalavimai:

• Sistemos moduliai turi būti montuojami ant standartinių DIN bėgelių
• Patikimumas: patikimos, lengvai pakeičiamos relės
• Kuo daugiau laidinių sujungimų ir tik vėlesniuose etapuose integruoti belaidžius modulius
• Atviro kodo programinė yranga: Node-Red, Home-Assistant
• Prieinama kaina
• Sistema turi būti lanksti ir lengvai integruojama su turimais ir galimais naujais prietaisais

Sistemos širdis - Raspberry Pi 4 (RPI)

Kaip pagrindinį valdiklį naudosiu Raspberry Pi mini kompiuterį. Gerai, nes produktas turi didelę bendruomenę, labai daug pavyzdžių kaip RPI pagalba valdyti IP tinkle esančius įrenginius.

Savadarbė DIY Raspberry Pi Kepurė - io-hat

Mechaniniams mygtukams prijungti ir relėms/šviesoms valdyti nusprendžiau projektuoti savo PCB plokštę. Formatas - Raspberry Pi Hat. Tvirtinimui ant DIN bėgelio projektuojamas laikiklis, kurį spausdinsiu 3D spausdintuvu.

Pirminiai reikalavimai:

• 10 skaitmeninių įėjimų VFC (Volt Free Contact), prie kurių bus galima prijungti:
  • Mechaninius kambarių šviesų klavišus
  • Kitų prietaisų relinius kontaktus
  • Termostatų kontaktus
  • Aliarminius signalizacijos kontaktus
  • Visi kiti kontaktai, kurie aktyvuojasi paduodant/pulldowninant į 0V
• 7 išėjimai relėms valdyti
  • Optiškai apsaugoti/atskirti išėjimai
  • Aktyvavus išėjime atsiranda 5V įtampa, yra galimybė naudoti išorinį maitinimo šaltinį
• Jungtys išorinims sensoriams, praplėtimo moduliams
  • UART RX TX
  • I2C

Kiti reikalavimai, kuriuos reikės spręsti ateityje:

• Galimybė praplėsti sistemą pridedant papildomas io-hat plokštes nenaudojant papildomų RPI
• Apšvietimo intensyvumo valdymas: ar integruoti esamus komercinius modulius, ar kurti savo?

VFC (Volt Free Contact) įėjimai

VFC kontaktams idėją perėmiau iš schemos žemiau. Čia autoriai buvo numatę tą patį kontaktą naudoti kaip įėjimą ir išėjimą. Aš naudosiu tik tuos komponentus, kurie reikalingi įeinančiam signalui nustatyti.

Schema iš https://www.robot-electronics.co.uk/

Reliniai išėjimai

Sprendimą imu iš kažkada Aliexpress įsigytų relinių modulių. Patiko, kad valdymo signalas yra optiškai atskirtas ir apsaugotas. Relėms perjunginėjant aukštas įtampas susidaro pavojingi įtampų šuoliai, kurie lengvai sudegina jautrius mikroprocesorius. Savo plokštėje palieku tik optoizoliatorius, o pačias reles naudosiu išorines/atskiras, montuojamas ant DIN bėgelio. Toks sprendimas universalus ir plačiau pritaikomas, nes reles galima vėliau parinkti pagal kainą, pagal reikiamą galingumą ir kitus parametrus.

http://wiki.sunfounder.cc/index.php?title=4_Channel_5V_Relay_Module

Pirmas rezultatas

Plokštę projektavau nemokama programa Kicad. Gamybą užsakiau populiariame JLCPCB.
Atvyko pirmas rezultatas. Komponentus litavau vėlai vakare po darbo. Pavyko neteisingai įlituoti diodą, tranzistorių sumaišiau su tiristoriumi.. Žodžiu buvo kažkoks užkeikimas, bet po kelių pataisymų pirmas LED sužibėjo ;) !

Nupirkau dviejų skirtingų tipų Finder gamintojo reles. Rekomendavo elektrikas Justinas. Sakė šitos tikrai geros.

Demonstracija objekte

Sumontuota rpi-hat v1. Internetu valdomi vartai ir šviesos. Matomas vartų ir šviesų statusas. Automatikos logika ir vartotojo sąsaja sukurta naudojant Node-Red.