Контроллер умного дома своими руками

Добавил пользователь Алексей Ф.
Обновлено: 04.10.2024

Какие устройства можно купить, чтобы сделать собственный “умный дом” без переплаты за установку готовой системы? Рассказываем подробно.

С чего начать?

Умный дом — это очень широкое понятие, и реализовать свою задумку можно с помощью разных технических решений.

Системы умного дома бывают проводными и беспроводными. Если вы планируете постройку частного дома, можно рассмотреть создание по-настоящему кастомизированной проводной системы. Она снижает вероятность ошибок, связанных с разрядившимися аккумуляторами и перебоями связи у интернет-провайдера.

Такой умный дом может быть очень гибким, а инфраструктура — совсем незаметной, спрятанной за плинтусами и электрическими щитками. Однако подобный умный дом нужно проектировать заранее — на этапе организации проводки в жилище. Кроме того, стоимость таких встроенных решений значительно выше, чем набора техники (на Авито установку такого умного дома предлагают от 2000 до 5000 рублей за кв.м.). Встроенные решения скорее относятся к строительным работам, чем к покупке гаджетов, поэтому в большинстве случаев обычные пользователи отдают предпочтение покупке техники, которую можно установить в уже отделанной квартире или доме.

Умный дом, который я полностью сделал сам

Чтобы свет в прихожей и коридоре плавно включался и отключался.
Чтобы свет включался, если открывается входная дверь.
Если нет движения, свет должен выключаться через 15 минут.
Если кто-то встал ночью, по датчику движения, включается ночная подсветка.

Освещение санузла:

Свет, в санузле, также должен плавно включаться и отключаться.
При выключении света — в коридоре включается ночная подсветка.

Освещение включается, если кто-то вошел в дом.
Система выдаёт предупреждение, если входную дверь забыли закрыть.

Безопасность:

Если дома никого нет, то автоматически перекрывается вода, отключается теплый пол, а термостат котла ставится на минимальную температуру.
Также закрываются окна на мансардном этаже.
Если в доме замечено постороннее движение — система присылает уведомление о проникновении в жилище.

Вытяжка в санузле включается через 1 мин после включения света.
Вытяжка выключается через 5 мин после выключения света в санузле.

Снятие показаний со счетчиков воды и газа:

Ежедневный контроль и удалённое снятие показаний со счётчиков.
Ежемесячная автоматическая рассылка показаний счётчиков в управляющую компанию.
Автономная работа при отключении электричества.

Водоснабжение:

При обнаружении протечки автоматически срабатывает звуковая сигнализация, а вода перекрывается.
Отправка уведомления при аварии.
Удалённый доступ к крану, для перекрытия общей подачи воды.

Источник бесперебойного питания:

От ИБП работают — газовый котёл, освещение в коридоре и санузле.
Если электричество отключили, система присылает уведомление.
Удалённый контроль ИБП.

Удалённое управление, установка температуры и считывание параметров.

Контроль газового котла:

Система присылает уведомление об аварии.
Возможность удалённой перезагрузки котла.

Мансардные окна:

Удалённое управление.
Автоматическое закрытие при дожде.
Автоматическое закрытие при включении режима охраны дома.

Фильтры для воды:

Автоматический подсчет объёма прокаченной воды с момента замены фильтра.
Автоматический подсчёт времени с момента замены фильтров.
Отправка уведомления о необходимости замены фильтров.

Графический интерфейс системы доступен через интернет.
Резервный канал в виде GSM терминала и управления через SMS.

Ну, как вам объём задумок и сценариев? Глобально? А теперь расскажем, как пользователь решил эту задачу.

надёжность;
простота реализации;
в устройствах, кроме ИБП, нет аккумуляторов.

Определив задачу, пользователь разбил всю систему на несколько простых узлов — блоков. Так проще всё изготовить и отладить. Затем, для каждого блока tvema нарисовал печатную плату. Объединил всё в одну заготовку и, в таком виде, послал в компанию, которая специализируется на изготовлении печатных плат на заказ.

Мы продолжаем цикл статей, которые помогут вам сделать выбор относительно того, каким образом вы хотите построить свой Умный дом. Если вы не совсем понимаете о чем речь, то советуем вам ознакомиться с первой статьей цикла, которая описывает наш взгляд на концепцию Умного дома. Что касается вариантов, из которых можно выбрать, то мы подробно разобрали самые популярные варианты создания умного дома в отдельной статье. А если вы все это уже читали, то тогда добро пожаловать в дивный новый мир самостоятельного создания собственных устройств для Умного дома, ведь DIY расшифровывается как "Do It Yourself", что в переводе означает "Сделай это сам".

Сама концепция DIY являет собой создание чего-то нового, ранее не существующего. С этого начинаются стартапы и новые, революционные продукты. С идеи, которая впоследствии воплощается в реально работающее устройство.

В разрезе Умного дома - это не только электронные компоненты, это напечатанные на 3D принтере детали и механизмы и многое другое. Причем даже если вы умеете работать только с деревом или металлом, то ничто не мешает вам придумать устройство для своего дома и сделать его в дальнейшем умным. Все довольно просто и чаще всего требуется просто собрать устройство по инструкции, и по ней же сделать определенные шаги по настройке. В целом это означает, что вам необходимо базовое умение так или иначе обращаться с паяльником (хотя и это не всегда необходимо) и обладать хотя бы минимальными навыками программирования (ну или просто понимать, как залить прошивку в контроллер, опять же - по инструкции).

А так как компоненты стоят феерически дешево, то конечная стоимость готового устройства получается настолько низкой, что если сравнивать с готовыми решениями - это окупает временные затраты (если вы конечно действительно получаете кайф от "ковыряния с железками").

С учетом сложившейся практики, одними из самых популярных направлений DIY в сфере Умный дом, являются всего два:

Есть еще огромное множество вариантов и компонентов, но эти два являются одними из самых популярных, мы остановимся на них.

Поэтому, если Вы все-таки решились идти этим путем, рекомендую дочитать эту статью до конца.

ESP8266 и прочее Arduino

ESP8266 - это микроконтроллер китайского производителя Espressif с интерфейсом Wi-Fi. Помимо Wi-Fi, микроконтроллер отличается отсутствием флеш-памяти в SoC, программы пользователя исполняются из внешней флеш-памяти с интерфейсом SPI.

У устройства есть ряд особенностей:

Он не имеет корпуса, но при этом имеет малые габариты.
На его борту порядка десяти управляемых пинов (контактов) для подключения внешней периферии.
Нет встроенного блока питания, питание осуществляется от 5В.

Sonoff

Малый размер.
Наличие корпуса.
Встроенный блок питания (работа от 220В).
К недостаткам хочется отнести малое количество пинов для подключения внешней периферии (хотя это не особо предусматривалось производителем).

Также важным преимуществом данного устройства является то, что его очень легко переделать в "реле с сухим контактом", благодаря возможности перерезания силовых дорожек на плате. То есть вы можете сделать по сути кнопку, которую сможете удаленно нажимать из программы, причем эта кнопка будет питаться по 220В.

При покупке, на борту устройства имеется прошивка от производителя, благодаря которой устройство можно интегрировать практически в любую систему Умного дома. Но нас будет интересовать именно альтернативный софт.

Преимущество этих устройств в том, что они используют один и тот же контроллер ESP8266. А это значит, что уже имеется огромное количество прошивок от различных разработчиков. Ну и никто не запрещает написать свою.

Преимущества самоделок DIY, по отношению к готовым решениям для домашней автоматизации - это, конечно же, цена и гибкость. Как я уже говорил, к одному контроллеру ESP8266 можно подключить до десяти внешних датчиков, цена которых в Китае - центы.

Список популярных прошивок

Tasmota (самая популярная прошивка для управления по MQTT);

ESP Easy (на мой взгляд - самая гибкая прошивка для управления своими устройствами по MQTT);

ESP Home (прошивка разработана для системы Home Assistant);

Ravencore (Apple HomeKit ready, то есть вы получаете устройство совместимое с HomeKit, без дополнительных шлюзов).

Отладочные платы на базе ESP8266

Пример реализации Метеостанции

Приведу пример того, что можно реализовать при помощи ESP8266. Например, при помощи nodeMCU на базе ESP8266 и подключенных к ней датчиков:

можно с легкостью построить Метеостанцию DIY. Повторяться не стану, так как все подробно описано в статье.

Как видим из статьи, большие навыки программирования вам не понадобятся. Для реализации данного проекта, вместо знания языков программирования, можно воспользоваться готовым решением. Его просто нужно немного донастроить под свои задачи.

Да и паять сложные схемы вам не придется (никаких вам SMD компонентов и сложной пайки). Достаточно обычного паяльника для того, чтобы собрать модули на макетной плате или можно поступить еще проще и соединить их перемычками.

При помощи 3D принтера можно напечатать корпус. А если его нет, то можно воспользоваться готовым корпусом для DIY, которые повсеместно продаются в магазинах электроники. Ну или можно заказать корпус из готового файла у ближайшего владельца 3D принтера, которого вы можете найти, например, тут или тут (мы не несем ответственности за исполнителей и качество печати).

Итоговая себестоимость устройства у автора составила 4962 руб. И с большой долей вероятности, вряд ли вы найдете на рынке подобное фабричное устройство за такие деньги. Чтобы оно еще при этом интегрировалось в Умный дом и могло выступать в роли триггера в сценариях.

Умное зеркало своими руками

Если Вы не обладаете какими-то знаниями в области программирования, не имеете в наличии 3D принтер, но в совершенстве можете работать с мебельной доской, то вы сможете собрать Умное зеркало. Для этого нам понадобятся:

Ну плюс стекло, специализированная зеркальная пленка и руки "из нужного места".

Далее вам нужно будет всего-навсего скачать и залить готовый образ на флешку, и подключить все по схеме. Как видим из материалов проекта - все довольно просто. Повторить такой проект сможет каждый. Автор регулярно вносит доработки в свое устройство и пишет об этом у себя в блоге.

Автоматизация откатных ворот

А теперь откинемся на спинку кресла и посмотрим запись онлайн трансляции о том, как Александр Жабунин (OXOTH1K), автоматизировал свои ворота на своем дачном участке.

Как видим, и здесь ничего сложного нет, цена для автоматически открываемых ворот - копеечная, при этом возможна интеграция в абсолютно любую систему Умного дома. А многие покупают дорогие готовые решения, которые не всегда можно куда-либо интегрировать.

Несмотря на то, что фантазия у людей безгранична, всегда найдется похожее решение на просторах интернета для реализации ваших идей. Возможно вам придется создавать устройство полностью с нуля. Разрабатывать печатные платы, заказывать их в Китае на заводе, освоить пайку мелких компонентов, научиться программировать микроконтроллеры и разрабатывать собственные прошивки. Но сам факт того, что в принципе можно реализовать любую идею, было бы время, возможности и желание - это основа DIY. Кто бы мог подумать пару лет назад, что можно очень легко, практически на коленке, создать устройство, работающее с HomeKit, без дополнительных "костылей"? Сделал, подключил и пользуйся. Причем, зачастую даже не требуются какие-то особенные знания и умения. Достаточно базовых познаний в электронике и очень поверхностного понимания основ программирования. Ну и руки из правильного места должны все-таки расти. Хотя это тоже не обязательное требование.

Но основным выводом можно назвать тот факт, что самодельные устройства - это не страшно. Для этого не требуются какие-то умопомрачительные знания и умения. Не нужно этого бояться. Надо просто научиться генерировать идеи, а уж просторы интернета и наш портал вам в этом помогут.

Все перечисленные в этой статье DIY проекты, а также множество других интересных и реализованных идей вы сможете найти у нас на портале по тегам: DIY, ESP, Sonoff.

Последнее время я увлекаюсь системами умного дома и хотел бы поделиться накопившимся опытом. В серии постов на эту тему я расскажу как о попытке сделать свою систему с нуля, так и о готовых решениях.

Сейчас на рынке присутствует очень много разрозненных решений. Ради эксперимента мне захотелось попробовать сделать что-нибудь самому.

Нафиг километры проводов. У меня в квартире сделан ремонт, поэтому заново штробить стены желания совсем нет. Пусть умный дом будет обмениваться данными по радио-каналу.

Нафиг бредовые идеи. Встроить айпад с интерфейсом в стену? Отправлять данные на народный мониторинг? Ну уж нет, спасибо, обойдёмся без этого.

Нафиг пульты. Пульты всегда теряются и ломаются. Лучший пульт — тот, который всегда с тобой. Это телефон или часы (привет, Сири!). Также не забудем оставить классические элементы управления (настенный выключатель, ггг) для менее продвинутых домочадцев.

Такой подход лаконичен и позволяет не смешивать всё в одну кучу, не усложнять архитектуру системы, превращая устройства в многофункциональные комбайны.

Теперь подробнее. Итак, должен быть некий центральный узел — контроллер (или сервер), который будет хранить информацию обо всех других устройствах, а также реагировать на команды от пользователя, предоставляя ему удобный интерфейс. Периферийные устройства при этом ничего не будут знать друг о друге и о пользователе, общаясь только с центральным узлом. Таким образом, всё взаимодействие будет происходить через контроллер.

Малина хороша надёжностью, открытостью, маленькими размерами, ценой (35$ по карте Мастеркард ) и удобством разработки (внутри — обычный Линукс).

И у Малины, и у Ардуины огромное число последователей по всему миру, поэтому многие проблемы обычно уже решены до вас и легко гуглятся при наличии минимального уровня английского.

Осталось решить, каким образом будет организовано взаимодействие между Малиной и несколькими Ардуинами. Напомню, от проводов я отказался, поэтому выбираем между беспроводными технологиями. От 433 МГц я отказался в виду отсутствия шифрования и перегруженности частоты в городах. От ZigBee я отказался, потому что их модули стоят неоправданно дорого (50-60$), а мне хотелось сделать бюджетное решение. От Z-Wave я отказался ввиду проприетарности протокола и сложности коннекта с Ардуиной.

Собственно, выбрал я Wi-Fi, и вот почему. Wi-Fi обеспечивает хорошую безопасность и легко встраивается в существующую инфраструктуру. Роутер Wi-Fi есть в каждом доме и обычно покрывает всю площадь помещения. Если дальности не хватает — можно поставить несколько роутеров или репитеров. С Wi-Fi не придётся заморачиваться с низкоуровневыми протоколами (есть TCP/IP), но придётся придумать свой высокоуровневый протокол для обмена данными между устройствами и контроллером (это не сложно).

Ещё большой плюс Wi-Fi — мощные, но очень дешёвые модули ESP8266 (3-4$), позволяющие подключить любое самодельное устройство к сети. Модули очень маленькие, но с богатыми возможностями (умеют создавать свою сеть, а не только подключаться к существующим). Причём, в них есть свой микроконтроллер, и его можно прошивать (через Arduino IDE). То есть, теоретически можно было бы обойтись без Ардуины, но для этого нужна другая модификация модуля, например, ESP-12E (на нём просто больше GPIO-выводов), а я использовал модификацию ESP-01 в силу куда большей распространённости и простоты для новичка.

Итак, с технологиями и примерной архитектурой определились, теперь перейдём к созданию первого устройства. Любой умный дом, как правило, начинается с освещения, мы тоже не будем отклоняться от этой традиции — будем делать умную лампочку (или умный выключатель), которой можно будет управлять с телефона или компьютера.

Обычный выключатель замыкает или размыкает электрическую цепь механически. Для того, чтобы замыкать и размыкать цепь не механически, а электронно, будем использовать реле: подали управляющий сигнал — цепь замкнулась (и лампочка зажглась), убрали сигнал — цепь разомкнулась (и лампочка погасла).

Синий кабель — питание 5В, в качестве микроконтроллера Искра Нео (можно юзать Искру Мини) — российский аналог Ардуино, в разрыв цепи лампочки (230В) вставлено реле, также на схеме присутствуют модуль ESP8266, кнопка (чтобы можно было включать/выключать лампочку не только с телефона, но и руками) и светодиод (для тестирования, пока не была подключена лампочка). Все компоненты можно купить как в России, так и заказать из Китая на Алиэкспрессе.

На самом деле, так как Ардуина работает от 5В, а ESP8266 от 3.3В, ему нужно было собрать некоторую обвязку, а не подключать напрямую. Несмотря на то, что все статьи в интернете уверяют, что модуль сгорит от 5В, я подключил его напрямую и не наблюдаю проблем в течение года при постоянном использовании. По-хорошему, конечно, нужно собрать стабилизатор питания (например, на схеме LM317).

Если вы хотите этот прототип превратить в работающий умный выключатель, то для организации питания Арудины проще всего разобрать недорогой китайский блок питания на 5В и вынуть из него внутренности.

Проводка в квартире находится под высоким напряжением (~230В), работа с которым представляет большую опасность для здоровья и жизни. Например, прикосновение даже к некоторым участкам включённого реле приведёт к неминуемому поражению электрическим током, которое может повлечь серьёзные травмы и даже смерть. Неправильное подключение блока питания или других устройств к сети может привести к возгоранию. Люди, не имеющие необходимой квалификации, не должны каким-либо образом производить описанные в данной статье действия. Если у вас есть хоть малейшие сомнения в работе с электрическими сетями, остановитесь. Всё, что вы делаете, вы делаете на ваш страх и риск. Автор статьи не несёт ответственности за любые ваши действия.

Здесь всё очень просто. Реле подсоединяется к контроллеру через 3 контакта: питание, земля, сигнал. С другой стороны расположен клеммник, на котором есть как нормально закрытый (NC), так и нормально открытый (NO) контакты. При подаче управляющего сигнала NC-контакт открывается и пропускает ток, а NO-контакт закрывается. Подключение светодиода и кнопки — это первое, что пробуют все начинающие ардуинщики, так что на этом останавливаться не будем. ESP8266 подключается по UART интерфейсу (RX к TX, TX к RX), в нём залита штатная прошивка на AT-командах.

Для удобства отладки прототипа я использую Искру Нео — аналог Ардуино Леонардо (у них USB работает через виртуальный Serial-порт).

О том, как устроен контроллер моего умного дома, я расскажу позже, но пока важно отметить следующее. Контроллер умеет отправлять управляющие команды устройствам, а также принимать команды от них.

Здесь 00000001 — ID устройства, 111111 — пароль доступа, status — название команды, on/off — пароль команды.

В следующей заметке я подробно расскажу об этом простейшем протоколе, а также об устройстве контролера моего умного дома.

Освещение

Если же не хочется даже менять переключатели, то можно установить в щиток беспроводное реле, которое будет управлять включением и выключением света в разных комнатах. Для этого решения, как и для замены выключателя, вам потребуется вызвать электрика.

Регулировка температуры

Регулировка температуры может также пригодиться, если требуется заранее охладить или нагреть комнату, например перед возвращением домой с работы. В этом случае можно включить кондиционер или обогреватель со смартфона заранее. Или привязать их включение к местоположению смартфона в заданном промежутке времени.