Основы робототехники

Умный дом на Rasberry Pi

Содержание

Cоздание системы умный дом – метод объединения всех гаджетов и бытовых приборов в единую сеть для комфортного управления ими. Ввиду модульности и простоты построения такой системы на базе Raspberry Pi любой человек способен спроектировать, запрограммировать и создать умный дом, адаптированный под его нужды.

Умный дом на Raspberry Pi

Raspberry Pi 3 – миниатюрный компьютер, позволяющий контролировать абсолютно все электрические приборы в доме и следить за ним благодаря ряду датчиков. При этом микрокомпьютер имеет габариты, сравнимые с небольшим смартфоном, и функционирует на операционной системе Raspbian, Pimatic и иных на ядре Linux, а также на Windows 10.

На 2019 год микрокомпьютер выпускается в 8 версиях, актуальными из которых являются Zero W и Pi 3. Все редакции отличаются объемом оперативной памяти, моделью и рабочими характеристиками используемых процессоров (тактовая частота находится в диапазоне от 700 до 1200 МГц, количество вычислительных ядер – от 1 до 4), стоимостью и поддерживаемыми интерфейсами. Последние позволяют подключать разнообразные датчики, реагирующие на звук, тепло, движение.

Raspberry Pi 3 – это однокристальная система на базе 64-разрядного процессора BCM2837 с четырьмя экономичными ядрами Cortex A53, функционирующими на тактовой частоте 1,2 ГГц. При необходимости они разгоняются, но такие ситуации требуются крайне редко при построении огромных систем. Компьютер оснащён 1 ГБ оперативной памяти и беспроводными модулями Bluetooth спецификации 4.0 и Wi-Fi. Весит всего 40 г.

  • 4 USB;
  • полноценный HDMI-порт;
  • MIPI CSI для подключения камеры;
  • 3,5 мм аудиоразъём;
  • Ethernet;
  • Display Port;
  • 40 контактов общего назначения.

Сравнивать близкого конкурента Arduino с Raspberry Pi некорректно из-за того, что платформы предназначены для реализации разных проектов и сильно разнятся в архитектуре. Всё же особенности проектов приведём.

Первая платформа отлично справляется со считыванием и обработкой аналоговых сигналов с аппаратуры от различных производителей. Заставить Распберри работать с аналоговыми сигналами помогут только дополнительные аппаратные решения. Вторая же способна решать огромный круг задач пользователя и имеет намного меньшую вычислительную мощность.

Как функционирует система

  • микроконтроллер – управляет всеми элементами умного дома, отвечает за вычисления (их может устанавливаться несколько);
  • датчики – собирают сведения из окружающего мира и передают их микроконтроллеру для обработки;
  • актуаторы либо исполнительные устройства – выполняют получаемые от пользователя или контроллера команды;
  • интерфейсы – каналы для обмена данными между элементами системы;
  • операционная система – программное обеспечение, управляющее аппаратными компонентами.

Raspberry Pi 3 связывается с компьютерами и гаджетами посредством WEB-интерфейса для удалённого управления умным домом. Для автоматизации управления нужно специализированное ПО. Для получения адаптированного программного обеспечения следует обращаться к специалистам либо понимать основные принципы построения простейших приложений. В первом случае стоимость проекта значительно возрастет.

Модули для интеграции системы умный дом

  1. Модуль для беспроводного соединения – чаще всего применяются приемо-передающие устройства, функционирующие на частоте 433 МГц.
  2. Датчик движения – служит для выполнения команд при появлении движения в области его действия, например, включение и выключение освещения. Как вариант — HC SR501.
  3. Температурный сенсор для снятия температурных показателей в помещении либо помещениях.
  4. Датчик влажности – нужен для расширения функционала метеостанции, встречаются варианты объединения датчиков температуры и влажности в одном девайсе.
  5. Сенсор дыма – необходим для получения сведений о появлении дыма или очагов возгорания.
  6. Камера – может использоваться для создания системы видеонаблюдения, записывает видео в разрешении до Full HD и может делать снимки при заданных условиях. Доступны варианты с инфракрасным излучателем.
  7. Модуль Enocean – в зависимости от способа применения, позволит обходиться без привычного источника питания. Энергия системе передается от Солнца, нажатия кнопок, вследствие переработки тепла или энергии ветра в электричество.
  8. Пожарная сигнализация – состоит из датчиков утечки воды, дыма, видеонаблюдения в зависимости от пожеланий покупателя.
  9. Homematic – популярная система Smart Home, поддерживающая интеграцию в Raspberry.
  10. Голосовой помощник Siri на базе Apple или иной голосовой помощник.

Для поддержки Apple протокола HomeKit, по которому взаимодействуют устройства, нужна обязательная сертификация. Сертифицированного оборудования на отечественном рынке немного, стоит оно дорого. Приложение HomeBridge или Дом умеет строить прокси-серверы для HomeKit для коммутации даже самодельных «умных» девайсов. Raspberry Home Kit управляется посредством iPhone либо iPad с программой HomeBridge, функционал которой расширен благодаря плагинам. Почти все они бесплатные.

Управление с iPhone

Управление с iPhone

Плюсы и минусы системы «умный дом» от фирмы Raspberry Pi

  • наличие множества проводных и беспроводных интерфейсов для взаимодействия с максимальным числом устройств;
  • использование быстрого 4-ядерного процессора, работающего на частоте 1,2 ГГц с хорошим разгонным потенциалом;
  • совместимость с предыдущими версиями;
  • поддержка всех популярных беспроводных и проводных интерфейсов;
  • малые габариты и масса;
  • совместимость со многими платформами: работает на Debian, Ubuntu, Fedora, Windows 10;
  • возможность построить систему, независимую от электричества из сети;
  • поддержка программирования на нескольких языках;
  • написание сценариев посредством блоков или привычного написания программного кода.
  • необходимость знать программирование или дополнительно тратиться на адаптацию (нередко постоянную) программного обеспечения;
  • нужно разбираться в тонкостях работы Smart Home для совершенствования системы и возврата её в строй при появлении неполадок (хорошо, если есть возможность вызывать специалиста и платить ему в случае необходимости);
  • из-за быстрого развития ниши модули расширения перестают выпускаться и поддерживаться каждые несколько лет.

Raspberry Pi + Domoticz + Xiaomi: как настроить своими руками

Domoticz – кроссплатформенное программное обеспечение с открытым кодом, созданное для контроля систем Smart Home с поддержкой множества периферийных устройств, в том числе Xiaomi. Мы намеренно приводим в статье пример с построением системы умного дома на базе Ксяоми, поскольку на рынке данные устройства на данный момент наиболее оптимальны с точки зрения стоимости и функциональности.

Китайские смартфоны способны брать под контроль выключатели Aqara, умные розетки ZigBee, осветительное оборудование (лампы, светильники и прочие гаджеты), датчики движения и открывания.

  • сам миникомпьютер или материнская плата Raspberry (существует английская и китайская версии);
  • разбираемый пластиковый корпус для неё;
  • блок питания HN — 528i (5В/2А);
  • комплект миниатюрных медных радиаторов для пассивного охлаждения микросхем;
  • в зависимости от схемы для полного комплекта нужны карта памяти MicroSD и HDMI кабель для подключения к монитору или телевизионному приёмнику.

Интерфейс Domoticz

Для запуска и настройки операционной системы необходим монитор и клавиатура с мышью, подключаемые через USB. Работать же настроенная ОС будет и без этих устройств ввода-вывода. Рассмотрим процесс настройки домашней автоматизации на базе Raspberry Model 3 Pi.

Инсталляция операционной системы

Установка дистрибутива

  1. Скачайте дистрибутив операционных систем по ссылке. http://downloads.raspberrypi.org/noobs
  2. В это время загрузите утилиту SD Card Formatter. https://www.sdcard.org/downloads/formatter_4/eula_windows/index.html.
  3. Инсталлируйте её и отформатируйте SD-карту на ПК через кардридер.

Флешка должна быть объемом не менее 4 ГБ, скорость считывания-записи роли не играет.

Настройки выберите как на скриншоте.

Форматирование флеш-накопителя

Подключение устройств ввода и вывода

  1. Распакуйте содержимое полученного zip-архива на флеш-накопитель.
  2. Вставьте его в соответствующий слот Raspberry, подключите к миникомпьютеру монитор или телевизор, устройства ввода и запустите компьютер.
  3. Выберите русский язык интерфейса и устанавливаемую операционную систему.
  4. Дождитесь завершения установки ОС.

Настройки SSH

  1. Зайдите в настройки и включите SSH для управления системой с настольного компьютера.
  2. Обзаведитесь программой для удалённой работы по протоколу SSH. Хороший вариант – старая добрая PuTT
  3. Измените IP адрес на статический. Текущие отобразит команда «ifconfig».

Заключительные настройки

  1. Для редактирования файла конфигурации используйте код «sudo nano /etc/dhcpcd.conf».
  2. Добавьте настройки в конец файла.

Для Ethernet это:

static ip_address=192.168.0.222/24
static routers=192.168.0.1
static domain_name_servers=192.168.0.1

Для беспроводного соединения:

interface wlan0
static ip_address=192.168.0.222/24
static routers=192.168.0.1
static domain_name_servers=192.168.0.1

Инсталляция системы Domoticz

  1. Введите и выполните «sudocurl—Linstall.domoticz.com|sudobash».

В процессе появятся запросы с предложением указать место для установки дистрибутива.

  • Чтобы работать со шлюзом Xiaomi загрузите предварительную версию системы (возможно, разработчик уже выпустил и полную) при помощи следующих строк:

sudo ./updatebeta

  • Зайдите в настройки, измените язык на русский и пароль для входа.
  • Выделите каждому из приборов статический IP адрес в настройках DHCP беспроводного маршрутизатора.

Данные можно взять из информационных вкладок плагинов для управления шлюзом.

Список клиентов (на примере интерфейса роутера от TP-Link).

  1. Добавьте подключённые устройства в Domoticz.
  2. Перейдите по пути «Настройки» — «Оборудование».
  3. Укажите тип оборудования как «Xiaomi Gateway».
  4. Введите название и назначьте IP адрес, закреплённый за ним на маршрутизаторе.
  5. В окне разработчика укажите пароль.
  6. Введите порт для работы.

Для ламп YeeLight LED адреса не вводите, он определяется автоматически. Добавленные датчики могут появиться в списке подключенного оборудования на протяжении часа. Ускорить процесс позволит их задействование: изменение температуры или появление движения возле соответствующих сенсоров. Это заставит их активнее отправлять данные и быть скорее идентифицированными системой.

Настройки

При наличии метеорологических сенсоров одно устройство определится как несколько: отдельно для температуры и влажности. Для розетки также появится пара девайсов: управляемая розетка и датчик потребления электрической энергии. Для шлюза – 5: подсветка, сигнализация, регулятор её громкости, будильник, дверной замок.

Для добавления оборудования в используемые кликните по зелёной стрелке возле его названия, а для деактивации – по синей.

Во вкладке «Переключатели» собраны все исполнительные девайсы, где они задействуются и отключаются. Причём эти операции могут осуществляться по таймеру. Есть функция указания цвета свечения лампы и т.д.

Domoticz предоставляет гибкие настройки по конфигурированию сценариев и формированию переменных, позволяющих выполнять последовательности действий в зависимости от входящих параметров (например, от числа нажатий по кнопке). Работа системы не зависит от интернета.

Настройка сценариев осуществляется по адресу «Настройки» — «Дополнительно» — «Сценарии». Скрипты пишутся посредством блоков для новичков либо на языке программирования Lua.

Примеры скриптов

  • при условии появления движения;
  • лампочка включается;
  • если датчик не фиксирует передвижений;
  • осветительный прибор отключается через 1 минуту.

Та же самая программа на языке Lua.

Умный дом на базе управляющей платы Raspberry Pi 3 – недорогое и функциональное решение, позволяющее объединить электроприборы в доме в единую сеть для удобного управления ими. На платформе реализовываются любые идеи Home Smart благодаря множеству модулей и поддержке нескольких операционных системы. Для запуска и настройки необходимы минимальные навыки обращения с терминалом (командной строкой). Не лишними для автоматизации многих процессов будут базовые знания программирования.


Источник: future2day.ru