Raspberry Pi для управления Умным домом

Количество выдающихся разработок, которые упрощают жизнь человека, стремительно увеличивается с каждым годом. Одноплатный мини-компьютер Raspberry Pi можно отнести к этой категории. При появлении данной системы большое количество пользователей оценило ее удобство и функциональность. Спрос на покупку значительно увеличивается с каждым месяцем.

Основные принципы работы

Для того, что бы автоматизировать работу техники для дома используется операционная система, которая позволяет выполнять большое количество задач при помощи нескольких кликов. Программирование на удаленное включение, а также выключение прибора — это не простая задача для новичка, поэтому лучше использовать специальные приложения или готовые программные продукты. В купе с железом оно имеет простой интерфейс и разработано для среднестатистического пользователя, который не имеет навыков в работе с этой системой.

«Умный дом» — это технологическая разработка, которая создана для упрощения жизни и повышения комфорта человека. Она позволяет контролировать большинство процессов в доме. К ним можно отнести: свет и отопление, работу приборов и многие другие задачи.

При разработке технологии этой спецсистемы можно выбрать один из вариантов: готовое решение или полная разработка самостоятельно. Первый способ значительно проще, потому что не занимает много времени, но и стоит дороже. Для того, что бы создать технологию умного дома своими руками нужно обладать минимальными знаниями и навыками.

Автоматизированный процесс зависит от точности всех расчетов и внедрения датчиков в нужные места. Это позволяет значительно снизить количество расходов.

Что такое умный дом на Raspberry Pi

Для удаленного использования электроприборов нужен качественный блок управления, который сможет справиться с поставленной задачей. Известная компания Raspberry придумала решение и создала плату, которая имеет в себе необходимый ряд функций. Именно Raspberry Pi выступает в его роли, он подходит для решения этой задачи. Это мини-компьютер, который помогает в опции «Умный дом». Основные преимущества — это небольшой размер и необходимая производительность, что позволяет сделать проект полностью автоматизированным.

Система работает на базе Raspberry Pi и пользуется большой популярностью, потому что легко собирается и имеет много возможностей. Стоимость этой модели значительно меньше, чем у других производителей, но это никак не повлияло на функциональность.

На первых порах компания предложила два варианта — это модели A и B. Основное отличие — это количество памяти. В модели B это значение равно 512 Мб, а в модели A всего 256 Мб. Два этих девайса решили выпустить, потому что модель A имеет большое количество других плюсов. Например, наличие порта Ethernet, который имеет доступ в интернет. Но компания не остановилась на достигнутом, а развивала вторую версию.

Со временем модель B была обновлена: уменьшился размер, и на панели появилось 4 usb выхода, что в несколько раз больше, чем было до этого. Данное устройство стало пользоваться еще большей популярностью для разработки умных домов. Полная или частичная автоматизация большинства процессов в доме становится возможной при помощи небольшой платы. Бюджетная стоимость и многофункционально Распберри делает его лидером на рынке. Дополнительное преимущество, которое доступно не во всех моделях — это возможность модернизации в любой удобный момент. Для этого можно внедрить дополнительные элементы, которые позволяют не менять девайс целиком.

Состав блока

Если пользователь хочет сделать для себя умный дом сам, то для этого понадобится минимальный набор:

• реле,
• датчики,
• память,
• платформа NodeMCU ESP-12E,
• сама плата Raspberry Pi 3.

Raspberry Pi выбирается как ранней, так и более поздней версии все зависит от ваших задач. Особенность последней версии — это наличие модулей беспроводной связи.

Платформа NodeMCU — это готовое решение, которое поможет сократить время на производство. Вместо NodeMCU ESP-12E иногда можно применить Arduino. Сенсоры можно заменить или дополнить при необходимости.

Установка

Для начала работы нужно зайти на оф сайт и скачать самую последнюю версию операционной системы. Затем приступаем к форматированию карты в FAT и подключаем её. Для контроля подсоединяем экран и клавиатуру. Загрузка занимает несколько минут, а после нее следует приступить к главному этапу — настройкам. Нужно создать свой пароль и выбрать желаемые параметры: изменить хост и задать SSH. Для сохранения своих данных следует перезагрузить устройство.

Как система работает

По своему наполнению составляющие системы могут отличаться. Зачастую работа происходит благодаря основному звену — серверу. Роль центрально системного сервера играет raspberry pi 3. На нем устанавливается специальный интерфейс. Он помогает связаться с любым электронным девайсом: смартфон, планшет, компьютер или ноутбук.

Сервер связывается по RS-485 интерфейсу с периферийными модулями. Во всех помещениях внедряется спецконтроллер, чтобы система работа без сбоев. Основная его задача — это распознать сигнал, который поступает, и отправить его на устройства-исполнители. Это может быть любой прибор, который есть в работе: чайник, стиральная машина, мультиварка и так далее.

ОС основана на Linux и имеет расширение Pimatic. Мини-компьютер связывается с датчиками через порт UART, к которому подключают переходник на RS-485. В современных моделях это уже включено в базовую комплектацию, что значительно экономит время при настройке.

Применяя открытую платформу, которая есть в свободном доступе не сложно собрать систему самостоятельно. Часто используются wiButler, SHC и openHab, но можно воспользоваться и другим вариантом.

Для любителей создавать другие варианты выбор модулей огромен для этой системы. Если хочется можно присоединить один любой. Популярный вариант обладает частотой 433 МГц. Он выступает как приемопередатчик.

Особые модули

Установка уже готовой Smart Home системы может стоить значительной суммы денег. Но можно сделать дополнительные модули самостоятельно.

Чтобы спецсистема работала с необходимой функциональностью, были разработаны специальные устройства. Что дает возможность собрать умный дом на raspberry pi 3 своими руками. Варианты модулей:

• Камера. После подключения камеры вы получите полноценную систему видеонаблюдение. Пользователь всегда сможет посмотреть, что происходит в определенном помещении. Это устройство работает с этой операционной системой, что позволяет сделать качественные фотографии или записывать видео с максимальным расширением.
• Температурный датчик, который совместим с raspberry. Он нужен для измерения температуры и влажности. После внедрения этого модуля система становится полностью автоматизированной и самостоятельно обрабатывает все метеоданные.
• Противопожарный модуль и модуль от протечки воды. Первый поможет выявить наличие дыма, второй нежелательные протечки воды. Это необходимая система, которая позволит уберечь жилое помещение от неприятных ситуаций. Наиболее часто устанавливается в домах и коттеджах с большой площадью.
• EnOcean — это модуль, который обладает беспроводной технологией, для объединения безбатарейных беспроводных устройств интернета вещей. Она обходится без дополнительно источника питания.
• Датчик движения. Он используется для работы световых ламп (включение и выключение).

Сравнение Raspberry Pi 3 с более ранними моделями

Преимущества новой версии по сравнению с другими:

1. Устройство имеет 4-x ядерный 1.2 ГГц процессор и 1 Гб ОЗУ. Модель Broadcom BCM2837.
2. Усовершенствованные версии интерфейсов: Wi-Fi 802.11n и Bluetooth версии 4.1. Есть HDMI и несколько USB портов 2.0.
3. Наличие GSM-модема, который позволит связаться с сетью, через мобильного оператора, который предоставляет услуги в интернет-доступе.
4. Новая версия может быть совместима с остальными.

Умный дом на Raspberry Pi 3 и Arduino

Arduino — соединение аппаратных и программных составляющих, которые нужны для простой разработки электроники. Первая часть — это электронная плата, в которую встроены микроконтроллеры и дополнительные модули. Программные составляющие представляют собой большое количество готовых функций, при помощи упрощенного языка программирования. Они работают благодаря специальной программе, которая может принимать и отправлять сигналы в зависимости от заданной инструкции и версии прошивки. Удобная платформа пользуется популярностью во всем мире, потому что работает на простом языке программирования. Оно происходит при помощи USB, программаторы при этом не используются. К примеру, получение данных о температуре, наличии осадков и влажности, давлении и так далее.

Устройства, которые работают на базе Arduino, получают информацию об окружающей среде благодаря датчикам. Они могут управлять исполнителями.

Raspberry Pi умный дом — не просто одна плата, а целый компьютер, который работает на различных ОС, таких как Windows 10 IoT или ОС Linux. Основное отличие от Arduino заключается в том, что программы запускаются внутри ОС и работают через программную прослойку. Но это никак не мешает создавать самые простые схемы.

При желании raspberry pi используется не только для управления, но и сделать из него Wi-Fi роутер или цифровую АТС.

Есть два варианты: использовать плату, как единственный девайс, который управляет датчиками, или применять как шлюз, который собирает данные и раздает их простым устройствам.

При работе с сетью интернет на Arduino возникает несколько трудностей. Основная из них — это минимальные возможности микроконтроллера. Но при этом устройство стоит значительно дешевле и потребляет меньше электроэнергии, потому что код имеет прямой доступ к пинам. Подойдет для контроля работы выключателей.

Если нужно справиться с более тяжелыми задачами, то лучше выбрать Raspberry Pi. Так пользователь получает управление при помощи телефона не только освещением, приборами, но и обогревом, воротами, даже перекрыть трубы можно в один клик. Эта технология подойдет для больших площадей и значительного количества устройств. Все данные можно хранить на карте памяти необходимого объема, при этом информация отображается при помощи сервера.

Для того, что бы понять разницу нужно точно понимать, что Raspberry Pi не микроконтроллер, а Arduino не является компьютером.

Преимущества и недостатки Raspberry Pi 3

Raspberry умный дом — это функциональная полностью безопасная система, которая позволяет сделать жизнь человека намного комфортнее.

• После установки спецсистемы «Умный дом» жилью становится охраняемым от большинства проблем. Система позволяет обезопасить свой загородный дом, коттедж или дачу от пожара, протечки воды и даже кражи.
• При правильной установке датчика, реагирующего на движение, количество потребляемой электроэнергии значительно уменьшается, потому что свет выключается автоматически, если человек не находится в комнате. Платить за коммунальные платежи придется намного меньше.
• Уменьшение потребления электроэнергии для отопления помещений. Включить батареи можно дистанционно за 1–2 часа, в зависимости от площади, до приезда домой. Также можно выключить отопление дистанционно, если пользователь забыл это сделать.
• Увеличение уровня комфорта и экономия времени. К примеру, включить мультиварку, чайник или другой прибор, можно находясь в другой комнате. Также это работает для управления шторами или приготовление утреннего завтрака.
• Интеллектуальные развлекательные системы — «домашний кинотеатр» или система мультирум.

Несмотря на большое количество плюсов, которыми обладает данная система, есть несколько минусов. Их нужно учитывать. Умный дом на базе raspberry pi обладает такими недостатками:

• Не рационально приобретать систему для небольшой квартиры.
• Для правильного функционирования нужно разобраться в каждом элементе работы или найти человека, который сможет помощь, если какой-то механизм выйдет из строя.
• Некоторые компоненты могут со временем исчезнуть с продаж, потому что технологии не стоят на месте, а очень быстро развиваются.

Несмотря на несколько минусов, значительные плюсы этой системы их перекрывают. Raspberry Pi умный дом — это устройство, которое справляется с большим количеством поставленных задач, предлагая несколько оптимальных решений. Можно купить готовые наборы или разработать все самостоятельно. В интернете очень много инструкций и готового ПО под любую задачу. Удобно, что управлять можно по локальной сети или при помощи Интернета.

Видео по теме

Делаем умный дом с нуля. Часть 1 — Введение, установка Raspbian на Raspberry pi

Всем доброго времени суток!

С некоторых пор меня заинтересовала тема домашней автоматизации, или умного дома. Так как раньше я с этой темой никоим образом не пересекался (как наверное и многие из вас, которые сейчас читают эту статью), то потратил достаточное количество времени на просвещение в интернете. От дорогостоящих «готовых» систем умного дома я сразу отказался, и решил делать свою систему домашней автоматизации бюджетно, с нуля и поэтапно. Так как готовых проектов с пошаговыми инструкциями (рассчитанных на абсолютных новичков) в глобальной сети я не нашел, то и решил написать этот цикл статей. Здесь я буду подробнейшим образом и пошагово описывать создание своей конкретной системы домашней автоматизации. Должно получиться своего рода руководство для тех людей, которые сами хотят создать подобную систему, но, не обладают необходимыми знаниями (для абсолютных новичков). На выходе у нас получится собранная с нуля готовая система умного дома.

Поскольку речь здесь пойдет о конкретной системе домашней автоматизации, то рассказывать как и из чего я выбирал, я не буду. Моя система будет базироваться на платформе MajorDoMo (это такое программное обеспечение). Почитать, что она из себя представляет, вы можете на официальном сайте данной платформы. В качестве сервера, на который будет установлена платформа MajorDoMo я буду использовать одноплатный компьютер Raspberry pi 3 model B+ с установленной на него операционной системой Raspbian.

У меня есть новый одноплатный компьютер Raspberry pi 3 model B+, и мне в первую очередь нужно установить на него операционную систему.

Вообще для этого компьютера существует множество Linux-based операционных систем, но я выбрал Raspbian — официальную операционную систему для Raspberry pi. Если у вас есть такой же одноплатник, то вы можете не напрягаться и сразу поставить на него операционную систему вместе с MajorDoMo, скачав базовый образ с официального сайта MajorDoMo. Я же пойду немного более трудоемким путем, и сначала установлю себе Raspbian (так как хочу немного поближе познакомиться с Linux), а потом платформу умного дома MajorDoMo.

Помимо Raspberry pi под MajorDoMo можно выбрать другие одноплатные компьютеры (или же обычные компьютеры, ноутбуки, нетбуки) и другие операционные системы. В этом случае могут отличаться от рассмотренных в данной статье только способы установки платформы MajorDoMo. Дальнейшая настройка самой платформы я так думаю везде будет одинаковой (но не совсем уверен, так как сам пока с платформой не работал, и думаю, что в дальнейшем этот вопрос прояснится).

Для установки операционной системы Raspbian в одноплатный компьютер, нам понадобится:

• MicroSD карта объемом не менее 8 Гб
• Обычный персональный компьютер (ноутбук) на Windows
• программа Etcher (скачать ее можно с официально сайта).
• образ операционной системы Raspbian (я выбрал Raspbian Stretch Lite без графической оболочки, так как работать с raspberry буду только по удаленке, скачать этот образ можно так же с официального сайта)

Сам процесс установки довольно прост:

• В обычный компьютер (ноутбук) вставляем MicroSD карту.
• Запускаем программу Etcher.

• Нажимаем первую кнопку Select image, после чего откроется проводник, при помощи которого мы выберем скачанный ранее образ Raspbian.
• Далее, при помощи второй кнопки Select drive нужно будет выбрать нашу MicroSD карту, в которую будет записан образ системы. Если в компьютер воткнута только одна карта, то она будет выбрана автоматически.

• Ну и последнее, нажимаем кнопку Flash!, после чего происходит запись образа Raspbian на карту памяти.

Все! Теперь можно достать карту памяти из компьютера и воткнуть ее в специальный слот на нижней стороне Raspberry pi.

Наш одноплатник готов к работе. Чтобы убедиться в этом, нам понадобится телевизор или монитор с HDMI входом, и HDMI кабель. Подключиться удаленно к raspberry на данном этапе не получится, так как SSH в raspbian по умолчанию отключен (с этим мы разберемся в следующей статье).

Давайте подключим HDMI кабель к HDMI выходу микрокомпьютера и HDMI входу телевизора (монитора).

Теперь включаем телевизор и подаем питание на микрокомпьютер от обычного зарядного устройства для смартфонов с Микро USB разъемом. (Желательно, чтобы это зарядное устройство было не менее чем на 2 А, на случай дальнейшего расширения одноплатника).

При подаче питания одноплатник включится автоматически (никаких кнопок включения на нем нет). На экране телевизора (монитора) мы при этом увидим процесс загрузки операционной системы. Когда операционка загрузится, нам будет предложено ввести логин и пароль для входа в систему. (Графическая оболочка в нашем варианте отсутствует, имеется только командная строка).

Логин по умолчанию — pi, а пароль — raspberry.

На этом на сегодня мы закончим.

В следующей статье мы рассмотрим необходимую настройку Raspbian, включим SSH и зайдем на наш одноплатный компьютер по удаленке.

Спойлер: Поскольку я сам только начинаю разбираться с системами умного дома, и отношусь к разряду новичков, то людей, обладающих достаточным опытом в данном вопросе, прошу отнестись с пониманием к возможным неточностям и огрехам данного проекта. Повторюсь, готового проекта для новичков в интернете я не нашел (может плохо искал). Информации много, но она не собрана в единое целое.