Блок управления умным домом

Обновлено: 08.01.2025

Блок управления умным домом

Перед покупкой сравните цены на контроллер умный дом, прочитайте реальные отзывы покупателей, ознакомьтесь с техническими характеристиками.

Закажите контроллер умный дом онлайн с доставкой по России: товары с пометкой Plus доступны с ускоренной доставкой и улучшенными условиями возврата.

На Алиэкспресс контроллер умный дом всегда в наличии в большом ассортименте: на площадке представлены как надежные мировые бренды, так и перспективные молодые.

Контроллеры умного дома Xiaomi

28 баллов с Premium Бестселлер S1-101, Умный дом, Одноклавишный сенсорный выключатель, выключатель сенсорный,выключатель.

Доставит Ozon

Умный Wi-Fi контроллер Я смарт RGB-K для светодиодной ленты RGB

Доставит Ozon

Комплекты умного дома

Стартовый комплект умного дома Legrand серия Valena Life with NETATMO, Цвет Белый. Состоит: Шлюз WiFi + Умная розетка с заземлением 16А, 230В + Главный беспроводной выключатель + Рамки в комплекте + Многоразовые наклейки для монтажа. Арт.752196

Доставит Ozon

Выключатель Yeelight YLKG14YL Flex Switch

Доставит Ozon

3 960 ₽ 4 390 ₽

Комплект - Беспроводной выключатель 3-канальный RF 433Mhz черный Ya-SRF3B + 3 Радиореле с поддержкой Wi-Fi Я Смарт Ya-WHD04

Выделим лучшие контроллеры для организации умного дома: возможности и рекомендации по выбору

Система «Умный дом» постоянно пополняется новыми смарт-устройствами, контроль над которыми превращается в нагромождение информации, поступающей на телефон. Зачем в режиме реального времени знать, как проветривается квартира, сколько раз включалась вентиляция в ванной или на кухне, достаточно ли очищен воздух и какая влажность в каждой комнате. Для мониторинга состояния всех смарт-датчиков устанавливают gsm-контроллер умный дом.

Что из себя представляют контроллеры
Какие функции выполняют
Разновидности
Программируемые контроллеры – проводной локальные способ связи
Вайфай соединение – беспроводная локальная связь
GSM-модули – удаленная беспроводная связь
Проводное удаленное соединение
Как выбрать
Рекомендации собирать комплектом
Места размещения
Лучшие контроллеры: топ 5 проверенных моделей за данный год
VeraEdge
Fibaro Home Center 2
Овен
Siemens
ARDUINO
Новые функции и возможности новинок
Рекомендации собрать систему умного дома на совместимом друг с другом оборудовании
Обзор интерфейсов популярных контроллеров
Видео обзор монтажа системы

Что из себя представляют контроллеры

Интеллектуальное устройство в состоянии принимать логически обоснованные решения, алгоритмы которых заложены в программу. Измерения датчиков подвергаются математическому анализу на предмет попадания в рабочий диапазон. По результатам поступающих показаний wi fi контроллер раздает команды смарт-приборам и другому «умному» оборудованию.

Интеллектуальный централизованный блок управления представляет собой устройство в пластмассовом корпусе с платой и процессором.
Миникомпьютер устроен на 64-битной базе и работает на частоте 1,4 ГГц.
На карте памяти есть программное обеспечение для полноценной связи с устройствами системы «Умный дом», и передачей отчетов на смартфон.
С помощью USB-кабеля, адаптера питания 5 V происходит подключение к сети.
Перед первым запуском вводят идентификационный номер контроллера в файл конфигурации для осуществления связи с сервисами смарт-приборов.

Wi fi контроллер «Умный дом» работает на трех подсистемах:

связь между оборудованием и облаком осуществляется с помощью многопоточной автоматизации серверного процесса;
в ПО обеспечении предусмотрена база данных для хранения конфигурации с идентификатором;
для пользователей разработан интерфейс для удобства введения ограничивающих параметров и настроек.

Какие функции выполняют

Контроллер для умного дома с веб-интерфейсом способен получать, обрабатывать полученную от домашних смарт-устройств информацию. Функция управления реализована по протоколу Z-Wave, а взаимосвязь IP-камер происходит через вариант ONVIF. Централизованный блок передает команды на облачный сервис, обменивается данными. В конфигурацию ПО включен блок логических правил, ограничивающих диапазон работы «умных» приборов. В результате контроллер объединяет в единую сеть домашние приборы с интеллектуальными функциями и преобразовывает сигналы в регулирующие действия.

Разновидности

Программируемые контроллеры – проводной локальные способ связи

Прибор считается самостоятельным устройством, а не простой микросхемой.
Осуществляет взаимодействие через код, получая и обрабатывая сигналы датчиков, а затем подавая команды исполнительным механизмам.
Выпускают в виде отдельного прибора без связки с управляемым оборудованием.

Вайфай соединение – беспроводная локальная связь

К недостатку вайфай-модулей относится то обстоятельство, что гаджет получается слишком энергозатратным. Постоянная подзарядка требует внимания, перерыв в работе перенастройки исходных данных. Технология внедрения такого типа приборов трудоемкая и дорогая. Вайфай не всегда обеспечивает безопасность и стабильность покрытия.

GSM-модули – удаленная беспроводная связь

Устройства, работающие по протоколам ZigBee и Z‑Wave, представляют ячеистую схему рабочей сети. Благодаря такой системы выстраивания взаимосвязей зона покрытия получается более стабильной и безопасной. Каждый элемент системы работает автономно. Если из строя вышло соединение с определенным датчиком, то остальные будут работать без сбоев. В работе контроллеры используют более одного протокола.

Проводное удаленное соединение

Программируемые контроллеры для умного дома требуют прокладки кабельных сетей. Данный способ соединения в большинстве случаев актуален не для системы «Умный дом», а для промышленного управления между производственными корпусами.

Как выбрать

Выбор контроллера для умного дома происходит в зависимости от наличия дополнительных модулей, увеличивающих количество функций «умного» устройства. Автоматизация призвана заменить механические действия человека, снизить объем управляющих устройств, их количество и качество работы.

Самоконтроль.
Автоматизация.
Интеллектуальная обработка данных.

Места размещения

Контроллер умного дома располагают в недоступном для детей месте. Несмотря на то, что электронная плата и остальные элементы с проводами расположены внутри корпуса, лучше оградить доступ любопытным жильцам дома. Устройства компактного типа ставят рядом с адаптером и розеткой электропитания.

Лучшие контроллеры: топ 5 проверенных моделей за данный год

Качество, исполнительность и точность передачи сигналов и команд механическим реле и датчикам от «умных» смарт-устройств зависит от производителя. Предлагаем рейтинг и обзор топ-5 марок контролирующих приборов.

VeraEdge

Модель имеет интуитивно понятный интерфейс для задания параметров включения и выключения механических датчиков, настройки индивидуальных сценариев использования умных приборов. Связь осуществляется по Z-Wave протоколу. Вай фай контроллер «Умный дом» позволяет в удаленном режиме знать, что происходит дома – какие датчики включились, какая температура в комнатах, были ли посетители и другие бытовые вопросы.

Fibaro Home Center 2

Смарт-устройство для настроек связи с датчиками использует Z‑Wave протокол. Универсальный контроллер умным домом с помощью плагинов осуществляет поддержку устройств и программ, которых изначально не было в конфигурации ПО. Интеллектуальный блок централизованного управления совмещает работу с «Google Ассистентом», для задания параметров и уточнения настроек ПО имеет понятный и приветливый интерфейс. Среди особенностей и технических параметров можно отметить, что для подключения необходим проводной кабель. Перенастройка значений возможна только при поднесении датчиков к контроллеру. С приложением удобно работать на компьютере или ноутбуке, а при использовании смартфона покупатели отмечают неудобный интерфейс.

Siemens

Приборы немецких производителей собирают в систему взаимодействия в частных домах, коттеджах, промышленных помещениях. Двухкомпонентный модуль LOGO представляет собой клавиатуру с дисплеем, выполняющую функции ввода-вывода, надежный и удобный проводной интерфейс для манипуляций с контроллером. Для работы в разных режимах сотрудники компании разработали ПО Soft Comfort. Конфигурация системы благодаря дополнительным модулям формируется по индивидуальному сценарию использования. Благодаря постоянным обновлениям улучшается эффективность использования и эксплуатационные качества – простота управления, настроек, понятная схема сборки и подключения.

ARDUINO

Электронный блок централизованного управления используют для подключения механических датчиков в рамках системы «Умный дом». Устройство с компактными габаритами и интуитивно понятным интерфейсом является востребованным смарт-прибором на рынке. Эффективность системной работы обеспечивают датчики, сенсорные элементы и сигнализирующие индикаторы. Благодаря грамотным настройкам, беспроводной связи обеспечена четкость передаваемого сигнала, отсутствие погрешности в показаниях ввода и вывода. Удаленное управление происходит с помощью мобильного приложения, установленного на смартфон или домашний компьютер.

Новые функции и возможности новинок

Контроллеры для умного дома имеют дополнительные функции, если попробовать изменить конфигурацию ПО, набор составных модулей прибора или вариативность протокольных подключений.

В процессорных модулях присутствует разнообразие и количество портов.
Поддерживается больше двух протоколов.
Возможность сохранения информации, входящих данных, которые загружаются в облако.
Увеличена протяженность каналов связи и скорость, четкость сбора, передачи данных.
Вариативность интерфейсных процессоров и модулей.
Обеспечение самонастройки вследствие изменения условий работы.
Поддержка горячей замены некоторых модулей ввода-вывода.
Смарт-устройства другого уровня (проводные, Bluetooth, RF, WiFi). Датчики и IP-камеры будут подключаться через мобильное приложение.
Разработчики умных гаджетов обещают перенос функционала в обычный роутер.
Конфигурация следующих моделей будет подвергнута тщательному анализу и оптимизации, для упрощения пользовательского интерфейса без потерь качества работы.

Из чего собрать умный дом в 2020 году: от хаба и до лампочки

ZigBee, Z-Wave, Wi-Fi, Bluetooth — на какую технологию делать ставку? Кто из брендов выпускает наиболее практичные решения? Какие выбрать шлюз, датчики и на что смотреть тем, кто хочет все упростить?

Мы попросили Вадима Ерёмина, руководителя департамента «Гаджеты и инновации», рассказать о его опыте построения умного дома. Под катом только то, что было проверено на собственном опыте.

Но сначала несколько слов о протоколах и стандартах, а затем про производителей и конкретные модели.

Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave

На данный момент самые популярные устройства умного дома используют технологии Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee и Z-Wave. У каждой из технологий есть свои плюсы и минусы, и никто не запрещает использовать их вместе, компенсируя недостатки каждой. Но для разных задач и разных типов умных устройств используются разные технологии.

Например, в бытовой технике (телевизор, холодильник и кофеварка) обычно используют Wi-Fi или Bluetooth, которые также есть в любом телефоне. Причина — этой техникой пользуются, даже не имея полноценной системы умного дома. Для автоматизации освещения и климата больше подходят встраиваемые модули ZigBee или Z-Wave, так как они специально разработаны для интеграции с существующим световым и климатическим оборудованием. Но для их полноценной работы нужен специальный хаб.

Без Wi-Fi не обойтись в IP-камерах, телевизорах, аудио/медиа-плеерах и другой технике для передачи видеосигнала. Конечно, Wi-Fi может использоваться и в выключателях света, датчиках, термостатах, но отсутствие ретрансляции сигнала и высокое энергопотребление не позволяют делать на нем датчики, работающие годами. Каждый производитель для своего Wi-Fi-устройства, будь то умная лампочка, чайник, холодильник или робот-пылесос, выпускает свое собственное приложение, и нет единого стандарта, чтобы управлять всей техникой из одного приложения. Это не позволяет сделать умный дом только на Wi-Fi по-настоящему удобным.

Bluetooth

Актуальная версия Bluetooth Low Energy 4.2 имеет малое энергопотребление, благодаря этому работают крошечные беспроводные наушники, колонки и различные датчики на батарейках. Проблемы тут те же что и с Wi-Fi: отсутствие общего стандарта управления вынуждают каждого производителя делать свое собственное приложение, что неудобно для пользователя. Очень важная для умного дома технология Mesh (ячеистая сеть) появилась только в версии 5.0, которая еще мало где используется, но, возможно, будущее умных домов именно за Bluetooth LE 5.

ZigBee

ZigBee изначально разрабатывался для применения в сетях из датчиков, таких как счетчики электроэнергии, воды, газа, датчики температуры. Топология сети может быть разная, в том числе ячеистая (mesh). Это означает, что любой датчик видит все другие датчики и может передавать сигнал через них, т.е. использовать ретрансляцию, что сильно увеличивает надежность передачи. В 2007 году появился стандарт команд для управления умным домом, так называемый профиль «Домашней автоматизации». С ZigBee выпускают почти все устройства для создания домашней автоматизации: реле, диммеры, лампы, термостаты, замки, датчики. Но бытовых приборов типа холодильников и телевизоров с ZigBee вы не найдете. По сравнению с другими протоколами для умного дома у ZigBee-устройств самые привлекательные цены, однако отсутствие 100% совместимости между устройствами и хабами разных производителей не позволяет собрать умный дом только на ZigBee.

Z-Wave

Беспроводной протокол, разрабатываемый с 2001 года специально для домашней автоматизации. Главным его преимуществом является полная совместимость между устройствами разных производителей. Так датчик движения от Fibaro может управлять диммером Qubino, а вся автоматизация при этом базироваться на контроллере RaZberry от Z-Wave.Me. На данный момент продается более 3000 разных Z-Wave устройств, которые покрывают все нужды умного дома. Это самый популярный протокол для объектов площадью от 10 до 500 м². В Z-Wave, так же как и в ZigBee, используется топология mesh с поддержкой ретрансляции сигнала и автоматическим нахождением лучшего маршрута. Главный минус — цена. В среднем, стоимость устройства составляет 60-80 евро, что примерно вдвое выше, чем у аналогов с ZigBee.

Выбор устройств: личный опыт

Вадим Ерёмин, руководитель департамента «Гаджеты и инновации» в М.Видео-Эльдорадо

Перед выбором устройств нужно определиться с задачами, которые будет решать умный дом. Мне потребовалось в основном обезопасить и частично автоматизировать загородный дом. Вот на каких устройствах я остановился:

Наиболее простой гаджет, с которого я начал — умная лампочка. Поскольку потолочные светильники подключаются к электросети напрямую, достаточно вкрутить лампу в патрон.

Смарт-лампы позволяют регулировать яркость света, цвет и цветовую температуру. Благодаря светодиодам они невероятно энергоэффективны, а срок службы может превышать 10 лет.

Разумеется, лампы можно сделать ещё умнее. Например, вставив в цепь датчик движения.

Включив этот датчик в схему умного дома, также можно автоматизировать запуск увлажнителя воздуха, кондиционера, обогревателя, мойки воздуха и прочей климатической техники.

У нас на даче несколько датчиков на каждом этаже. Если кто-то попытается проникнуть в дом, я получу уведомление на смартфон. С него также удобно подключаться к камере слежения и активировать сигнализацию, чтобы спугнуть воров и подать знак соседям.

Задачи «умного дома» часто сводятся в к включению или отключению электроприборов — без умных розеток тут не обойтись. Они играют роль переходника от обычной комнатной розетки к прибору и не требуют монтажа.

Функционал таких розеток довольно широкий. Так, Hommyn PL-20-W, Rubetek RE-3301 и TP-Link HS100 могут включать электроприборы по таймеру, например, во время действия самого выгодного тарифа. И, конечно же, собирают статистику по энергопотреблению.

А ещё можно использовать умное реле Rubetek RE-3312 — к нему можно подключить что угодно, от духовки до тёплого пола.

Есть еще приборы, встраиваемые в систему и без умных розеток. У нас на кухне несколько устройств из экосистемы Redmond на платформе Ready For Sky, в частности, смарт-чайник и мультиварка. Сварить кашу, не вылезая из кровати, или вскипятить чайник, не отрываясь от газонокосилки — проще простого.

А теперь самое важное

Производителей много, датчиков, розеток и лампочек — еще больше. Они все используют разные технологии, и, чтобы объединить их в одну систему, понадобится дополнительное устройство — шлюз. Он играет роль центра сети, собирает данные со всех датчиков, отправляет их в облако для доступа через смартфон, перенаправляет команды между устройствами.

Но есть и проблема. Единого стандарта для объединения разных устройств в одну систему не существует. Поэтому придётся либо остановиться на каком-то одном производителе с его экосистемой, либо строить умный дом с помощью IoT-роутера, который поддерживает сразу несколько протоколов: Wi Fi, Z-wave, Zigbee, Bluetooth — например, Rubetek CC1.

Голосовое управление устройствами. Достаточно сказать «включить свет» и свет включится, даже если вы находитесь на другом конце Земли

Чтобы не морочить себе голову протоколами и шлюзами, проще всего купить готовый комплект решений для умного дома. Например, комплект Perenio PEKIT01 включает в себя шлюз, датчик дыма, датчик открытия двери, датчик движения и датчик протечек. В набор Rubetek RK-3515 входит то же самое, кроме датчика движения. Hommyn Антипротечка Pro KS-32-WZ — это датчики протечек, электроприводные краны, реле и шлюз.

В планах у меня еще протестировать несколько умных устройств, возможно, самые перспективные появятся в нашем ассортименте.

Замок

Начал подбор простого варианта, чтобы легко устанавливать без апгрейда самой двери. Модель Danalock V3 ставится вместо барашка, т.е. с обратной стороны двери обычная личинка, при такой установке никто не догадается, что у вас умный замок. Замок поддерживает управление по Z-Wave и Bluetooth. Это позволяет давать временный доступ к замку вашим родственникам или друзьям. Кроме Danalock V3 я бы установил датчик открытия двери Fibaro Door Sensor 2, теперь при закрытии двери замок автоматически закрывается через пять секунд.

Блок управления умным домом

Доставка в CATEGORIAS

Алиэкспресс — удобная площадка, где можно купить Модули для умного дома

Перед покупкой сравните цены на Модули для умного дома, прочитайте реальные отзывы покупателей, ознакомьтесь с техническими характеристиками.

Закажите Модули для умного дома онлайн с доставкой по России: товары с пометкой Plus доступны с ускоренной доставкой и улучшенными условиями возврата.

На Алиэкспресс Модули для умного дома всегда в наличии в большом ассортименте: на площадке представлены как надежные мировые бренды, так и перспективные молодые.

Облачный Умный Дом. Часть 1: Контроллер и датчики

Сегодня, благодаря бурному развитию микроэлектроники, каналов связи, Интернет-технологий и Искусственного Интеллекта, тема умных домов становится все более и более актуальной. Человеческое жилище претерпело существенные изменения со времен каменного века и в эпоху Промышленной Революции 4.0 и Интернета Вещей стало удобным, функциональным и безопасным. На рынок приходят решения, превращающие квартиру или загородный дом в сложные информационные системы, управляемые из любой точки мира с помощью смартфона. Причем, для человеко-машинного взаимодействия уже не требуются знания языков программирования, — благодаря алгоритмам распознавания и синтеза речи человек говорит с умным домом на родном языке.

Некоторые системы умного дома, представленные сейчас на рынке, являются логичным развитием систем облачного видеонаблюдения, разработчики которых осознали необходимость в комплексном решении не только для контроля, но и для управления удаленными объектами.

Вашему вниманию предлагается цикл из трех статей, где будет рассказано о всех основных компонентах системы облачного умного дома, лично разработанной автором и запущенной в эксплуатацию. Первая статья посвящена оконечному клиентскому оборудованию, устанавливаемому внутри умного дома, вторая — архитектуре системы облачного хранения и обработки данных, и, наконец, третья — клиентскому приложению для управления системой на мобильных и стационарных устройствах.

Оборудование для умного дома

Сперва поговорим о том, как из обыкновенной квартиры, дачи или коттеджа сделать умный дом. Для этого, как правило, требуется разместить в жилище следующее оборудование:

датчики, измеряющие различные параметры внешней среды;
исполнительные устройства, воздействующие на внешние объекты;
контроллер, производящий вычисления в соответствии с измерениями датчиков и заложенной логикой, и выдающий команды для исполнительных устройств.

В настоящее время широкое распространение получили беспроводные датчики, работающие по протоколам RF433, Z-Wave, ZigBee, Bluetooth и WiFi. Их главные преимущества — удобство монтажа и использования, а также дешевизна и надежность, т.к. производители стремятся вывести свои устройства на массовый рынок и сделать их доступными рядовому пользователю.

Датчики и исполнительные устройства, как правило, подключаются по беспроводному интерфейсу к контроллеру умного дома (6) — специализированному микрокомпьютеру, объединяющему все эти устройства в единую сеть и управляющему ими.

Впрочем, некоторые решения могут совмещать в себе датчик, исполнительное устройство и контроллер одновременно. Например, умная розетка может быть запрограммирована на включение или выключение по расписанию, а камера облачного видеонаблюдения умеет записывать видео по сигналу детектора движения. В простейших случаях можно обойтись без отдельного контроллера, но для создания гибкой системы со множеством сценариев он необходим.

Для подключения контроллера умного дома к глобальной сети может быть использован обычный Интернет-роутер (7), который уже давно стал привычным бытовым прибором в любом доме. Здесь есть еще один аргумент в пользу контроллера умного дома — если пропадет связь с Интернет, то умный дом продолжит работу в штатном режиме благодаря блоку логики, хранящейся внутри контроллера, а не в облачном сервисе.

Контроллер умного дома

Сборка контроллера очень проста — микрокомпьютер (1) устанавливается в пластиковый корпус (2), далее в него в соответствующие слоты устанавливается 8 ГБ карта памяти в формате microSD с программным обеспечением (3) и USB-контроллер сети Z-Wave (4). Контроллер умного дома подключается к электросети через адаптер питания 5В, 2.1А (5) и кабель USB — micro-USB (6). Каждый контроллер имеет уникальный идентификационный номер, который записывается в файле конфигурации при первом запуске и необходим для взаимодействия с сервисами облачного умного дома.

Программное обеспечение контроллера умного дома разработано автором данной статьи на основе операционной системы Linux Raspbian Stretch. Оно состоит из следующих основных подсистем:

серверного процесса для взаимодействия с оборудованием умного дома и облаком;
графического интерфейса пользователя для настройки конфигурации и рабочих параметров контроллера;
базы данных для хранения конфигурации контроллера.

База данных контроллера умного дома реализована на основе встраиваемой СУБД SQLite и представляет собой файл на SD-карте с системным ПО. Она служит хранилищем конфигурации контроллера — информации о подключенном оборудовании и его текущем состоянии, блока логических продукционных правил, а также информации, требующей индексации (например, имен файлов локального видеоархива). При перезагрузке контроллера эта информация сохраняется, что делает возможным восстановление работоспособности контроллера в случае сбоев электропитания.

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

Основной функцией графического интерфейса является подключение оборудования умного дома (IP-камер видеонаблюдения и датчиков) к контроллеру. Веб-приложение считывает конфигурацию и текущее состояние контроллера и подключенных к нему устройств из БД SQLite. Для изменения конфигурации контроллера оно посылает управляющие команды в формате JSON через интерфейс RESTful API серверного процесса.

Серверный процесс

Серверный процесс — ключевой компонент, выполняющий всю основную работу по автоматизации информационных процессов, составляющих основу умного дома: получение и обработку сенсорных данных, выдачу управляющих воздействий в зависимости от заложенной логики. Назначение серверного процесса — взаимодействие с оборудованием умного дома, выполнение продукционных логических правил, получение и обработка команд от графического интерфейса и облака. Серверный процесс в рассматриваемом контроллере умного дома реализован как многопоточное приложение, разработанное на языке С++ и запускаемое как отдельный сервис systemd операционной системы Linux Raspbian.

Основными блоками серверного процесса являются:

deviceType	protocol	messageType	deviceState	command
camera	onvif	sensorData	on	streaming(On/Off)
sensor	zwave	command	off	recording(On/Off)
effector	mqtt	businessLogicRule	streaming(On/Off)	evice(Add/Remove)
businessLogic	configurationData	recording(On/Off)
bluetooth	deviceState	error
wifi
rf

Продукционная логика

равно «equal»;
не равно «not_equal»;
меньше «less»;
больше «greater»;
меньше или равно «less_or_equal»;
больше или равно «greater_or_equal».

И «and»;
ИЛИ «or»;
НЕ «not».

Пользователь с помощью мобильного приложения составляет сценарии, по которым должен функционировать умный дом. Например: «Если сработал датчик открытия входной двери, то включить свет в прихожей». Приложение считывает из базы данных идентификаторы датчиков (датчик открытия) и исполнительных устройств (умная розетка или умная лампа) и формирует логическое правило в формате JSON, которое пересылается в контроллер умного дома. Более подробно этот механизм будет рассмотрен в третьей статье нашего цикла, где пойдет речь о клиентском приложении для управления умным домом.

Рассмотренный выше механизм продукционной логики реализован с помощью библиотеки RapidJSON — SAX-парсера формата JSON на языке С++. Последовательное чтение и разбор массива продукционных правил позволяет легко реализовать функцию сопоставления данных внутри антецедентов:

Датчики и исполнительные устройства Z-Wave

Главное преимущество умного дома в том, что он умеет самостоятельно измерять различные параметры внешней среды и выполнять полезные функции в зависимости от ситуации. Для этого к контроллеру умного дома подключаются датчики и исполнительные устройства. В текущей версии — это беспроводные устройства, работающие по протоколу Z-Wave на специально выделенной частоте 869 МГц для России. Для своей работы они объединяются в mesh-сеть, в которой присутствуют ретрансляторы сигнала, чтобы увеличить зону покрытия. Также устройства имеют специальный режим энергосбережения — большую часть времени они проводят в спящем режиме и отправляют информацию только при изменении своего состояния, что позволяет существенно продлить жизнь встроенной батареи.

На рынке сейчас можно найти достаточно большое количество различных устройств Z-Wave. В качестве примера рассмотрим несколько:

Умная розетка Zipato PAN16 может измерять следующие параметры: потребление электроэнергии (кВт/ч), мощность (Вт), напряжение (В) и ток (А) в электросети. Также она имеет встроенный выключатель, с помощью которого можно управлять подключенным электроприбором;
Датчик протечки Neo Coolcam определяет наличие разлитой жидкости по замыканию контактов выносного щупа;
Датчик задымления Zipato PH-PSG01 срабатывает при попадании частиц дыма в камеру газоанализатора;
Датчик движения Neo Coolcam анализирует инфракрасное излучение тела человека. Дополнительно имеется датчик освещенности (Лк);
Мультисенсор Philio PST02-A измеряет температуру (°C), освещенность (%), открытие двери, присутствие человека в помещении;
Контроллер сети Z-Wave USB Stick ZME E UZB1, к которому подключаются датчики.

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

Подключение IP-камер

Система облачного умного дома, рассматриваемая в данной статье, является модернизацией системы облачного видеонаблюдения, также разработанной автором, которая уже несколько лет присутствует на рынке и имеет множество инсталляций в России.

Для систем облачного видеонаблюдения одной из острых проблем является ограниченный выбор оборудования, с которым можно произвести интеграцию. Программное обеспечение, отвечающее за подключение к облаку, устанавливается внутри видеокамеры, что сразу же предъявляет серьезные требования к ее аппаратной начинке — процессору и количеству свободной памяти. Этим, главным образом, и объясняется более высокая цена камер облачного видеонаблюдения по сравнению с обычными IP-камерами. Кроме этого, требуется длительный этап переговоров с компаниями-производителями камер видеонаблюдения для получения доступа к файловой системе камеры и всех необходимых средств разработки.

С другой стороны, все современные IP-камеры имеют стандартные протоколы для взаимодействия с другим оборудованием (в частности, видеорегистраторами). Таким образом, использование отдельного контроллера, осуществляющего подключение по стандартному протоколу и трансляцию видеопотоков с IP-камер в облако, предоставляет существенные конкурентные преимущества для систем облачного видеонаблюдения. Более того, если у клиента была уже установлена система видеонаблюдения на основе простых IP-камер, то появляется возможность ее расширения и превращения в полноценный облачный умный дом.

Самый популярный протокол для систем IP-видеонаблюдения, поддерживаемый сейчас всеми без исключения производителями IP-камер, — это ONVIF Profile S, спецификации которого существуют на языке описания веб-сервисов WSDL. С помощью утилит из инструментария gSOAP возможно сгенерировать исходный код сервисов, работающих с IP-камерами:

В результате мы получаем набор заголовочных «*.h» и исходных «*.cpp» файлов на языке С++, который можно поместить прямо в приложение или отдельную библиотеку и откомпилировать с помощью компилятора GCC. Из-за множества функций код получается большим и требует дополнительной оптимизации. Микрокомпьютер Raspberry Pi 3 model B+ обладает достаточной производительностью, чтобы исполнять этот код, но в случае, если возникнет необходимость портировать код на другую платформу, необходимо правильно подобрать процессорную архитектуру и системные ресурсы.

IP-камеры, поддерживающие стандарт ONVIF, при функционировании в локальной сети подключаются к специальной мультикастовой группе с адресом 239.255.255.250. Существует протокол WS-Discovery, который позволяет автоматизировать поиск устройств в локальной сети.

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

При добавлении камеры в контроллер можно указать настройки, в соответствии с которыми она будет взаимодействовать с облаком. Также на этом этапе ей автоматически присваивается уникальный идентификатор устройства, по которому ее в дальнейшем можно будет легко иденифицировать внутри облака.

установления RTSP-соединения для получения видео и аудио потоков;
транскодирования аудио из форматов G.711 mu-Law, G.711 A-Law, G.723, итд. в формат AAC;
транскодирования потоков видео в формате H.264 и аудио в формате AAC в контейнер FLV и передача его в облако по протоколу RTMP;
установления соединения с конечной точкой детектора движения IP-камеры по протоколу ONVIF и ее периодический опрос;
периодической генерации уменьшенного изображения предварительного просмотра (preview) и пересылке его в облако по протоколу MQTT;
локальной записи видео и аудио потоков в виде отдельных файлов в формате MP4 на SD- или Flash-карту контроллера умного дома.

Для установления соединения с камерами, транскодирования, обработки и записи видеопотоков в серверном процессе используются функции из библиотеки FFmpeg 4.1.0.

В эксперименте на тестирование производительности к контроллеру были подключены 3 камеры:

HiWatch DS-I114W (разрешение — 720p, формат сжатия — H.264, битрейт — 1 Mb/s, звук G.711 mu-Law);
Microdigital MDC-M6290FTD-1 (разрешение — 1080p, формат сжатия — H.264, битрейт — 1 Mb/s, без звука);
Dahua DH-IPC-HDW4231EMP-AS-0360B (разрешение — 1080p, формат сжатия — H.264, битрейт — 1.5 Mb/s, звук AAC).

Все три потока одновременно выводились в облако, транскодирование звука осуществлялось только с одной камеры, запись локального архива была отключена. Загрузка CPU составила примерно 5%, использование RAM — 32 МБ (на процесс), 56 МБ (всего вместе с ОС).

Таким образом, к контроллеру умного дома можно подключить примерно 20 — 30 камер (в зависимости от разрешения и битрейта), что достаточно для системы видеонаблюдения трехэтажного коттеджа или небольшого склада. В задачах, где требуется большая производительность, можно использовать неттоп с многоядерным процессором Intel и ОС Linux Debian Sarge. В настоящее время контроллер проходит опытную эксплуатацию, и данные о производительности его работы будут уточняться.

Взаимодействие с облаком

QoS 0 — максимум один раз (нет гарантии доставки);
QoS 1 — хотя бы один раз (с подтверждением доставки);
QoS 2 — ровно один раз (с дополнительным подтверждением доставки).

MQTT-клиент был разработан на основе реализации библиотеки Eclipse Paho на языке С++.

Медиапотоки H.264 + AAC отправляются в облако по протоколу RTMP, где за их обработку и хранение отвечает кластер медиасерверов. Для оптимального распределения нагрузки в кластере и выбора наименее загруженного медиасервера контроллер умного дома делает предварительный запрос к облачному балансировщику нагрузки и только после этого отправляет медиапоток.

Заключение

В статье была рассмотрена одна конкретная реализация контроллера умного дома на базе микрокомпьютера Raspberry Pi 3 B+, который умеет получать, обрабатывать информацию и управлять оборудованием по протоколу Z-Wave, взаимодействовать с IP-камерами по протоколу ONVIF, а также обменивается данными и командами с облачным сервисом по протоколам MQTT и RTMP. Разработан движок продукционной логики на основе сопоставления логических правил и фактов, представленных в JSON формате.

Сейчас контроллер умного дома проходит опытную эксплуатацию на нескольких объектах в Москве и Подмосковье.

В следующей версии контроллера планируется подключение устройств других типов (RF, Bluetooth, WiFi, проводные). Для удобства пользователей процедура подключения датчиков и IP-камер будет перенесена в мобильное приложение. Также есть идеи по оптимизации кода серверного процесса и портировании программного обеспечения на операционную систему OpenWrt. Это позволит сэкономить на отдельном контроллере и перенести функционал умного дома в обычный бытовой роутер.

Читайте также: