ใช้ Raspberry Pi สำหรับระบบอัตโนมัติในบ้าน

ประมาณสองปีที่ผ่านมามูลนิธิราสเบอร์รี่ปี่ได้เปิดตัวอุปกรณ์ที่น่าสนใจซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์กระดานเดียวซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าบัตรพลาสติกของธนาคารในราคาที่น่าสนใจเล็กน้อย ความแปลกใหม่นี้ได้รับความนิยมอย่างมากทันทีทันใดบรรทัดการสั่งซื้อล่วงหน้าที่ขยายออกไปอีกหลายเดือน

ราสเบอร์รี่ Pi ถูกนำเสนอในสองระดับตัดแต่ง: แบบจำลอง“ A” และแบบจำลอง“ B” ทั้งสองเวอร์ชันมาพร้อมกับโปรเซสเซอร์ Broadcom BCM2835 ARM11 ที่มีความถี่นาฬิกา 700 MHz และโมดูล RAM 256 MB / 512 MB รุ่น "A" มาพร้อมกับพอร์ต USB 2.0 หนึ่งพอร์ตรุ่น "B" - พร้อมสองพอร์ต รุ่น“ B” มีพอร์ต Ethernet โปรเซสเซอร์ BCM2835 ยังรวมถึงคอร์กราฟิก สัญญาณวิดีโอถูกสร้างผ่านขั้วต่อ RCA คอมโพสิตหรือผ่านอินเตอร์เฟส HDMI ดิจิตอล

ระบบไฟล์ภาพเคอร์เนลและไฟล์ผู้ใช้อยู่ในการ์ดหน่วยความจำ SD, MMC หรือ SDIO คุณสมบัติที่น่าสนใจที่สุดของ Raspberry Pi คือการใช้พลังงานต่ำ (5V / 700mA) การมีพอร์ต GPIO I / O ที่มี I2C, SPI, อินเตอร์เฟส UART รวมถึงความสามารถในการทำงานจากระยะไกลผ่านอีเธอร์เน็ต

ขณะนี้มีเพียงรุ่น“ B” เท่านั้นที่มี RAM 512 MB และอีเธอร์เน็ตรองรับ นอกจากนี้ยังมีเวอร์ชั่นใหม่ที่วางจำหน่ายซึ่งแตกต่างจากรุ่นก่อนหน้า“ B” ในการจัดเรียงส่วนประกอบที่เล็กลงการมีพอร์ต USB 4 พอร์ตการเพิ่มจำนวนของพอร์ต GPIO I / O และการขาดสัญญาณวิดีโอคอมโพสิต การปรากฏตัวของแบบจำลอง "B" และคอมพิวเตอร์ Raspberry Pi รุ่นใหม่แสดงในรูปที่ 1

มะเดื่อ 1

ทำไมฉันสามารถใช้อุปกรณ์ดังกล่าวได้? ก่อนอื่นควรสังเกตว่า Raspberry Pi นั้นถึงแม้ว่าจะไม่ได้ทรงพลังมากนัก แต่ในขณะเดียวกันก็เป็นคอมพิวเตอร์ที่มีคุณสมบัติครบถ้วน โดยการเชื่อมต่อจอภาพแป้นพิมพ์เมาส์และติดตั้งชุดการแจกจ่ายใด ๆ ของระบบปฏิบัติการ Linux สามารถใช้เป็นคอมพิวเตอร์เดสก์ท็อปเพื่อแก้ไขงานที่ไม่ต้องการทรัพยากรการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ

Raspberry Pi ค่อนข้างเหมาะสำหรับใช้เป็นเซิร์ฟเวอร์สื่อในบ้าน, เซิร์ฟเวอร์จัดเก็บข้อมูล, สมองของหุ่นยนต์หรือเครื่องจักร, เซิร์ฟเวอร์อัตโนมัติภายในบ้าน (หรือ บ้านอัจฉริยะที่เรียกว่า).

การปรากฏตัวของราสเบอร์รี่ Pi ทำให้เกิดความปั่นป่วนในอุปกรณ์นี้ทันที เมื่อความสนใจสงบลงเล็กน้อยและเขาปรากฏตัวในการขายฟรีในราคาที่เพียงพอฉันตัดสินใจที่จะทำความรู้จักกับมินิคอมพิวเตอร์เครื่องนี้ให้ดีขึ้น สำหรับฉันแล้ว Raspberry Pi เป็นที่สนใจจากมุมมองของการใช้มันในระบบอัตโนมัติในบ้านความคิดที่ว่า "สุก" เป็นเวลานานและต้องมีการใช้งานจริง

ฉันใช้คำว่า "ระบบบ้านอัตโนมัติ" เพราะฉันไม่ชอบคำว่า "บ้านอัจฉริยะ" อย่างยิ่ง ไม่ไม่มีอะไรผิดปกติกับคำว่า "สมาร์ทโฮม" แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้แนวคิดนี้ได้รับการบิดเบือนมาก

สมาร์ทโฮมเป็นระบบ“ หลายวงจร” ที่ซับซ้อนซึ่งนอกเหนือจากการดำเนินการตามสถานการณ์ต่างๆที่ผู้ใช้ระบุสามารถตัดสินใจได้หลากหลายขึ้นอยู่กับสถานการณ์ฉุกเฉินโดยเฉพาะ กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเป็นระบบ“ คิด” (แน่นอนระดับเครื่องจักร) และเมื่อเร็ว ๆ นี้ฉันเรียกสิ่งใดว่า "บ้านอัจฉริยะ" - ตัวอย่างเช่น สัญญาณเตือนภัย GSMเซ็นเซอร์การรั่วไหลของน้ำการควบคุมแสงโดยเซ็นเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว ฯลฯ ใช่สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นองค์ประกอบแยกต่างหากของสมาร์ทโฮม แต่ไม่ใช่สมาร์ทโฮมทั้งหมด

ดังนั้นเราจะพิจารณาโครงสร้างของการสร้างระบบอัตโนมัติภายในบ้านโดยใช้ Raspberry Pi (รูปที่ 2)

มะเดื่อ 2โครงสร้างของการสร้างระบบอัตโนมัติภายในบ้านโดยใช้ Raspberry Pi (คลิกที่ภาพเพื่อขยาย)

ระบบอัตโนมัติภายในบ้านประกอบด้วยเซิร์ฟเวอร์ส่วนกลางที่เชื่อมต่อผ่านอินเตอร์เฟส RS485 พร้อมตัวควบคุมที่ติดตั้งในแต่ละห้องและในที่สุดก็มีการควบคุมการตรวจสอบการควบคุมและอุปกรณ์ป้องกันต่าง ๆ ที่เชื่อมต่อกับตัวควบคุม

ข้อดีของสถาปัตยกรรมเครือข่ายดังกล่าวคือไม่จำเป็นต้องดึงสายไฟจากอุปกรณ์แต่ละตัวไปยังเซิร์ฟเวอร์ แต่ควรเชื่อมต่อคอนโทรลเลอร์ที่พวกเขาเชื่อมต่อด้วยสายเคเบิล UTP หนึ่งเส้น - คู่หนึ่งของสายไฟที่ใช้สำหรับอินเตอร์เฟส RS485 และคู่ที่เหลือจะใช้เพื่อควบคุมพลังงานและ เซ็นเซอร์ นอกจากนี้ตรรกะของการทำงานถูกสร้างขึ้นเพื่อให้ความล้มเหลวของตัวควบคุมใด ๆ หรือแม้แต่เซิร์ฟเวอร์กลางไม่ควรส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการทำงานของส่วนที่เหลือของระบบ

Raspberry Pi ใช้เป็นเซิร์ฟเวอร์กลางของระบบอัตโนมัติภายในบ้าน มีการติดตั้งเว็บเซิร์ฟเวอร์ไว้ซึ่งผู้ใช้จากอุปกรณ์สื่อสารใด ๆ (สมาร์ทโฟนแล็ปท็อปแท็บเล็ต) ผ่านเบราว์เซอร์สามารถรับข้อมูลเกี่ยวกับกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นในบ้านและจัดการกับมันได้ การเข้าถึงเว็บเซิร์ฟเวอร์โดยการเข้าสู่ระบบและรหัสผ่านสามารถรับได้ทั้งจากเครือข่ายภายในบ้านและจากอินเทอร์เน็ตผ่านเราเตอร์ Wi-Fi

พอร์ตอนุกรม UART Raspberry Pi ผ่านอุปกรณ์ที่ตรงกันผ่านทางอินเทอร์เฟซ RS485 เชื่อมต่อคอนโทรลเลอร์ด้วยชุดอินพุต / เอาท์พุตต่าง ๆ นอกจากนี้โมเด็ม GSM สามารถเชื่อมต่อกับ RS485 เพื่อเข้าถึงระบบผ่านเครือข่ายโทรศัพท์มือถือหรือโทรศัพท์พื้นฐานในกรณีที่ไม่มีวิธีการเข้าถึงอินเทอร์เน็ต ณ จุดที่ผู้ใช้ตั้งอยู่ การเข้าถึงระบบในกรณีนี้ทำได้โดยการป้อนรหัสผ่าน

อุปกรณ์อื่นในเครือข่าย RS485 เป็นโมดูลวิทยุ โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อเชื่อมโยงกับระบบอัตโนมัติทั่วไปของเซ็นเซอร์วิทยุและรีโมทคอนโทรลของวิทยุ

ปัจจุบันเวอร์ชันแรกของระบบบ้านอัตโนมัติที่ใช้ Raspberry Pi ได้รับการพัฒนา นอกเหนือจากเซิร์ฟเวอร์กลางแล้วยังมีตัวควบคุมหลายประเภทที่มีอินเตอร์เฟส RS485 สำหรับการสื่อสารกับเซิร์ฟเวอร์:

• ตัวควบคุมอุณหภูมิและความชื้นแปดช่องสัญญาณ คอนโทรลเลอร์ช่วยให้คุณรวบรวมการอ่านอุณหภูมิและความชื้นจากเซ็นเซอร์ DHT22 หนึ่งตัวและเซ็นเซอร์ DHT11 เจ็ดตัว

• เครื่องควบคุมอุณหภูมิสี่ช่องทาง (เทอร์โมสตัท) คอนโทรลเลอร์สามารถควบคุมโหลดได้ 4 ตัวทั้งในโหมดแมนนวลและตามพารามิเตอร์อุณหภูมิที่ตั้งไว้ การป้อนค่าอุณหภูมิสามารถทำได้โดยตรงผ่านทางคอนโทรลเลอร์หรือผ่านเว็บอินเตอร์เฟส โหมดการควบคุมช่องสัญญาณแบบตรงและแบบย้อนกลับช่วยให้คุณสามารถใช้ตัวควบคุมสำหรับทั้งระบบทำความร้อนและความเย็น

• โมดูลวิทยุใช้เพื่อจำลองการควบคุมระยะไกลและรวบรวมข้อมูลจากเซ็นเซอร์วิทยุ ช่วยให้คุณจำลองการควบคุมระยะไกลได้สูงสุด 5 ตัวและรับข้อมูลจากเซ็นเซอร์วิทยุ 10 ตัว

• ชุดควบคุมอเนกประสงค์ มันมีอินพุตและเอาต์พุตอิสระ 4 อินพุตและสองอินพุตสำหรับเชื่อมต่อเซ็นเซอร์อุณหภูมิและความชื้น DHT11 และ DHT22

คุณจะพบลิงค์ไปยังคำอธิบายของการติดตั้งซอฟต์แวร์สำหรับ Raspberry Pi รวมถึงวัสดุที่อธิบายเทคโนโลยีการผลิตของคอนโทรลเลอร์ที่อธิบายไว้ข้างต้น ฉันอยากจะทราบว่าโครงการนี้เป็นโครงการที่ไม่แสวงหาผลกำไรอย่างสมบูรณ์ด้วยโอเพ่นซอร์สสำหรับโซลูชันวงจรและซอฟต์แวร์และด้วยการสนับสนุนทางเทคนิคในฟอรัม

มิคาอิล Tikhonchuk

31.10.2014

ดูเพิ่มเติมที่หัวข้อนี้:ความแตกต่างระหว่างออเรนจ์ pi และบอร์ดราสเบอร์รี่ pi จะซื้ออะไร?