Използване на Raspberry Pi за домашна автоматизация

Преди около две години Фондацията Raspberry Pi пусна доста интересно устройство - еднопластов компютър, чийто размер е малко по-голям от банкова пластмасова карта на много атрактивна цена. Новостта веднага придоби огромна популярност, редицата от предварителни поръчки за нея се разтегли в продължение на няколко месеца.

Raspberry Pi беше представен на две нива на тапицерия: модел „A“ и модел „B“. И двете версии са оборудвани с процесор Broadcom BCM2835 ARM11 с тактова честота 700 MHz и 256 MB / 512 MB RAM модул. Модел "A" е оборудван с един USB 2.0 порт, модел "B" - с два. Модел “B” има Ethernet порт. В процесора BCM2835 се включва и графично ядро. Видео изходът се осъществява чрез композитен RCA конектор или чрез цифров HDMI интерфейс.

Файловата система, изображението на ядрото и потребителските файлове са разположени на SD, MMC или SDIO карта с памет. Най-атрактивната характеристика на Raspberry Pi е ниската му консумация на енергия (5V / 700mA), наличието на GPIO I / O портове с I2C, SPI, UART интерфейси, както и възможността да работят отдалечено чрез Ethernet.

Понастоящем се пуска само модел „B“ с 512 MB RAM и Ethernet поддръжка. В допълнение, в продажба се появи нова версия, която се различава от предишния модел “B” в по-компактното подреждане на компоненти, наличието на 4 USB порта, увеличаването на броя на GPIO I / O портовете и липсата на композитен видео изход. Появата на модел "B" и новия модел на компютъра Raspberry Pi е показана на фиг. 1

Фиг. 1

Защо мога да използвам такова устройство? На първо място, трябва да се отбележи, че Raspberry Pi е, макар и не много мощен, но в същото време доста пълноценен компютър. Като свържете монитор, клавиатура, мишка към него и инсталирате всеки комплект за разпространение на операционната система Linux, той може да се използва като настолен компютър за решаване на задачи, които не изискват мощни компютърни ресурси.

Raspberry Pi е доста подходящ за използване като домашен медиен сървър, сървър за съхранение, мозък на робот или машина, сървър за домашна автоматизация (или т. нар. "умен дом").

Появата на Raspberry Pi веднага предизвика раздвижване около това устройство. Когато страстите малко се успокоиха и той се появи на свободна продажба с адекватна цена, реших да се запозная по-добре с този миникомпютър. За мен Raspberry Pi представляваше предимно интерес от гледна точка на използването му в система за домашна автоматизация, идеята за която беше "узряла" дълго време и изискваше практическо изпълнение.

Използвам термина „домашна автоматизация“, защото силно не харесвам израза „интелигентен дом“. Не, няма нищо лошо в понятието „умен дом“, но наскоро тази концепция беше много извратена.

Умният дом е сложна система с много вериги, която в допълнение към изпълнението на различни сценарии, посочени от потребителя, може да взема различни решения в зависимост от конкретна аварийна ситуация. С други думи, това е „мислеща“ (разбира се, на машинно ниво) система. И напоследък наричам нещо „умен дом“ - например, GSM аларма, сензор за изтичане на вода, управление на светлината чрез сензори за движение и т.н. Да, това са всички отделни компоненти на умен дом, но не и интелигентен дом като цяло.

Така че ще разгледаме структурата на изграждането на система за домашна автоматизация, използвайки Raspberry Pi (фиг. 2).

Фиг. 2Структура на изграждане на система за домашна автоматизация с помощта на Raspberry Pi (кликнете върху снимката за увеличение)

Системата за домашна автоматизация се състои от централен сървър, свързан чрез RS485 интерфейс с контролери, инсталирани във всяка стая, и от своя страна към контролерите са свързани различни устройства за контрол, наблюдение, регулиране и защита.

Предимството на такава мрежова архитектура е, че няма нужда да дърпате проводниците от всяко устройство към сървъра, а по-скоро свържете контролерите, към които те са свързани с един UTP кабел - една двойка проводници от които се използва за интерфейса RS485, а останалите двойки се използват за захранване на контролерите и сензори. В допълнение, логиката на работа е замислена така, че отказът на който и да е контролер или дори на централния сървър не трябва да повлияе на работата на останалата част от системата.

Raspberry Pi се използва като централен сървър на системата за домашна автоматизация. На него е инсталиран уеб сървър, чрез който потребителят от всяко комуникационно устройство (смартфон, лаптоп, таблет) чрез браузъра може да получава информация за всички процеси, протичащи в къщата, и съответно да ги управлява. Достъпът до уеб сървъра чрез въвеждане на вход и парола може да бъде получен както от домашната локална мрежа, така и от интернет чрез Wi-Fi рутер.

Серийният порт UART Raspberry Pi чрез съвпадащо устройство чрез интерфейса RS485 свързва контролери с различен набор от входове / изходи. В допълнение, GSM модем може да бъде свързан към RS485 за достъп до системата чрез клетъчна или стационарна телефонна мрежа, в случай че няма начин да получите достъп до Интернет в точката, където се намира потребителят. Достъпът до системата в този случай се извършва и чрез въвеждане на парола.

Друго устройство в мрежата RS485 е радиомодул. Целта му е да се свърже към общата система за автоматизация на всички радио сензори и радио дистанционни управления.

В момента е разработена първата версия на системата за домашна автоматизация, използваща Raspberry Pi. В допълнение към централния сървър, той включва няколко типа контролери, които имат RS485 интерфейс за комуникация със сървъра:

• Осемканален регулатор на температурата и влажността. Контролерът ви позволява да събирате показанията за температура и влажност от един DHT22 сензор и седем DHT11 сензора;

• Четириканален регулатор на температурата (термостат). Контролерът може да управлява 4 товара както в ръчен режим, така и според зададените температурни параметри. Въвеждането на температурни стойности е възможно или директно на контролера, или дистанционно чрез уеб интерфейса. Режимите на директен и обратен тип управление на канала ви позволяват да използвате контролера както за управление на отопление, така и за охлаждане;

• Радиомодулът се използва за емулиране на дистанционни управления и събиране на информация от радио сензори. Позволява ви да емулирате до 5 дистанционни управления и да получавате данни от 10 радио сензора;

• Универсален контролер. Разполага с 4 независими входа и изхода и два входа за свързване на сензори за температура и влажност DHT11 и DHT22.

Там ще намерите и връзки към описанието на софтуерната инсталация за Raspberry Pi, както и към материали, които описват технологията на производство на контролерите, описани по-горе. Искам да отбележа, че този проект е напълно нестопанска, с отворени източници за схеми и софтуерни решения и с техническа поддръжка на форума.

Михаил Тихончук

31.10.2014

Вижте също по тази тема:Разлики между дъските Orange pi и Raspberry pi, какво да купя?