Korzystanie z Raspberry Pi do automatyki domowej

Około dwa lata temu Fundacja Raspberry Pi wydała dość interesujące urządzenie - komputer jednopłytkowy, którego rozmiar jest nieco większy niż plastikowa karta bankowa w bardzo atrakcyjnej cenie. Nowość natychmiast zyskała ogromną popularność, linia zamówień przedpremierowych rozciągała się na kilka miesięcy.

Raspberry Pi został zaprezentowany w dwóch wersjach wyposażenia: model „A” i model „B”. Obie wersje są wyposażone w procesor Broadcom BCM2835 ARM11 o częstotliwości taktowania 700 MHz i moduł pamięci RAM 256 MB / 512 MB. Model „A” jest wyposażony w jeden port USB 2.0, model „B” - w dwa. Model „B” ma port Ethernet. Procesor BCM2835 zawiera także rdzeń graficzny. Wyjście wideo odbywa się przez kompozytowe złącze RCA lub przez cyfrowy interfejs HDMI.

System plików, obraz jądra i pliki użytkownika znajdują się na karcie pamięci SD, MMC lub SDIO. Najbardziej atrakcyjną cechą Raspberry Pi jest niski pobór mocy (5 V / 700 mA), obecność portów we / wy GPIO z interfejsami I2C, SPI, UART, a także możliwość zdalnej pracy przez Ethernet.

Obecnie dostępny jest tylko model „B” z 512 MB pamięci RAM i obsługą sieci Ethernet. Ponadto w sprzedaży pojawiła się nowa wersja, która różni się od poprzedniego modelu „B” bardziej kompaktowym układem komponentów, obecnością 4 portów USB, wzrostem liczby portów we / wy GPIO oraz brakiem kompozytowego wyjścia wideo. Wygląd modelu „B” i nowego modelu komputera Raspberry Pi pokazano na ryc. 1

Ryc. 1

Dlaczego mogę korzystać z takiego urządzenia? Przede wszystkim należy zauważyć, że Raspberry Pi jest, choć niezbyt potężny, ale jednocześnie dość pełnoprawnym komputerem. Podłączając do niego monitor, klawiaturę, mysz i instalując dowolny zestaw dystrybucyjny systemu operacyjnego Linux, można go używać jako komputera stacjonarnego do rozwiązywania zadań, które nie wymagają potężnych zasobów obliczeniowych.

Raspberry Pi jest całkiem odpowiedni do użytku jako serwer multimediów domowych, serwer pamięci, mózg robota lub maszyny, serwer automatyki domowej (lub tak zwany „inteligentny dom”).

Pojawienie się Raspberry Pi natychmiast wywołało poruszenie wokół tego urządzenia. Kiedy namiętności nieco się uspokoiły i pojawił się w bezpłatnej sprzedaży po odpowiedniej cenie, postanowiłem lepiej poznać ten minikomputer. Dla mnie Raspberry Pi był przede wszystkim interesujący z punktu widzenia zastosowania go w systemie automatyki domowej, którego pomysł był „dojrzały” przez długi czas i wymagał praktycznego wdrożenia.

Używam terminu „automatyka domowa”, ponieważ zdecydowanie nie lubię wyrażenia „inteligentny dom”. Nie, nie ma nic złego w określeniu „inteligentny dom”, ale ostatnio ta koncepcja została bardzo wypaczona.

Inteligentny dom to złożony system „wieloobwodowy”, który oprócz wykonywania różnych scenariuszy określonych przez użytkownika, może podejmować różne decyzje w zależności od konkretnej sytuacji awaryjnej. Innymi słowy, jest to system „myślenia” (oczywiście na poziomie maszyny). A ostatnio nazwałem coś „inteligentnym domem” - na przykład Alarm GSM, czujnik wycieku wody, kontrola światła za pomocą czujników ruchu itp. Tak, są to oddzielne elementy inteligentnego domu, ale nie inteligentny dom jako całość.

Rozważymy więc strukturę budowy systemu automatyki domowej z wykorzystaniem Raspberry Pi (ryc. 2).

Ryc. 2)Struktura budowy systemu automatyki domowej z wykorzystaniem Raspberry Pi (kliknij zdjęcie, aby powiększyć)

System automatyki domowej składa się z centralnego serwera połączonego za pomocą interfejsu RS485 ze sterownikami zainstalowanymi w każdym pomieszczeniu, a z kolei do sterowników podłączone są różne urządzenia sterujące, monitorujące, regulacyjne i zabezpieczające.

Zaletą takiej architektury sieci jest to, że nie ma potrzeby ciągnięcia przewodów z każdego urządzenia do serwera, a raczej podłączenie kontrolerów, do których są one podłączone, za pomocą jednego kabla UTP - jednej pary przewodów używa się do interfejsu RS485, a pozostałe pary służą do zasilania kontrolerów i czujniki. Ponadto logika pracy jest pomyślana tak, aby awaria dowolnego kontrolera lub nawet serwera centralnego nie wpływała na wydajność reszty systemu.

Raspberry Pi służy jako centralny serwer systemu automatyki domowej. Zainstalowany jest na nim serwer WWW, za pomocą którego użytkownik z dowolnego urządzenia komunikacyjnego (smartfona, laptopa, tabletu) za pośrednictwem przeglądarki może otrzymywać informacje o wszystkich procesach zachodzących w domu i odpowiednio nimi zarządzać. Dostęp do serwera internetowego poprzez wprowadzenie loginu i hasła można uzyskać zarówno z domowej sieci lokalnej, jak iz Internetu za pośrednictwem routera Wi-Fi.

Port szeregowy UART Raspberry Pi poprzez pasujące urządzenie poprzez interfejs RS485 łączy kontrolery z innym zestawem wejść / wyjść. Ponadto modem RS485 można podłączyć do RS485 w celu uzyskania dostępu do systemu za pośrednictwem sieci telefonii komórkowej lub stacjonarnej, na wypadek, gdyby nie było możliwości uzyskania dostępu do Internetu w miejscu, w którym znajduje się użytkownik. Dostęp do systemu w tym przypadku odbywa się również poprzez wprowadzenie hasła.

Kolejnym urządzeniem w sieci RS485 jest moduł radiowy. Jego celem jest połączenie się z ogólnym systemem automatyki wszystkich czujników radiowych i pilotów radiowych.

Obecnie opracowano pierwszą wersję systemu automatyki domowej z wykorzystaniem Raspberry Pi. Oprócz centralnego serwera zawiera kilka rodzajów kontrolerów, które mają interfejs RS485 do komunikacji z serwerem:

• Ośmiokanałowy regulator temperatury i wilgotności. Sterownik umożliwia zbieranie odczytów temperatury i wilgotności z jednego czujnika DHT22 i siedmiu czujników DHT11;

• Czterokanałowy regulator temperatury (termostat). Sterownik może kontrolować 4 obciążenia zarówno w trybie ręcznym, jak i zgodnie z ustawionymi parametrami temperatury. Wprowadzanie wartości temperatury jest możliwe bezpośrednio na sterowniku lub zdalnie przez interfejs sieciowy. Tryby bezpośredniego i wstecznego sterowania kanałem pozwalają na użycie sterownika zarówno do sterowania ogrzewaniem, jak i chłodzeniem;

• Moduł radiowy służy do emulacji pilotów zdalnego sterowania i zbierania informacji z czujników radiowych. Pozwala emulować do 5 pilotów i odbierać dane z 10 czujników radiowych;

• Uniwersalny kontroler. Posiada 4 niezależne wejścia i wyjścia oraz dwa wejścia do podłączenia czujników temperatury i wilgotności DHT11 i DHT22.

Znajdziesz tam również linki do opisu instalacji oprogramowania dla Raspberry Pi, a także do materiałów opisujących technologię produkcji sterowników, które zostały opisane powyżej. Chciałbym zauważyć, że ten projekt jest całkowicie non-profit, z otwartymi źródłami rozwiązań obwodów i oprogramowania oraz wsparciem technicznym na forum.

Michaił Tichonczuk

31.10.2014

Zobacz także na ten temat:Różnice między tablicami Orange pi i Raspberry pi, co kupić?