3.2 Реализация интегрированной системы освещения

Беспроводные системы умного дома — это простой способ сделать ваш дом более умным, и вам не нужно проводить сложные работы по замене проводки или внесению изменений в строительство.

Если проект yже включает готовый дом без интегрированной системы, то в этом случае, необходимо использовать доступные приложения с открытым входным кодом. Они предоставляют простые способы автоматизации для вашего дома, и у них есть активное сообщество пользователей, которые делятся опытом и предлагают улучшения, что делает их доступными и всегда обновляемыми. Используя проекты с открытым исходным кодом и разрабатывая свои собственные модули для автоматизации, вы имеете возможность настраивать систему в соответствии с вашими потребностями и предпочтениями. Это не только позволяет вам точно подстроить систему под свои требования, но и экономить деньги в сравнении с использованием коммерческих продуктов. Важно отметить, что у вас есть возможность управлять вашим умным домом не только изнутри его стен, но и удаленно из любой точки мира, где доступен интернет. Удаленное управление системой можно осуществлять с использованием мобильных технологий, таких как GSM, или через интернет (рисунок 22).

Рисунок 22 – Схема работы системы управления освещением в умном доме

Используя проекты с открытым исходным кодом и разрабатывая свои собственные модули для автоматизации, пользователь имеет возможность настраивать систему в соответствии с вашими потребностями и предпочтениями. Это не только позволяет пользователю точно подстроить систему под свои требования, но и экономить деньги в сравнении с использованием коммерческих продуктов. Важно отметить, что у пользователя есть возможность управлять умным домом не только изнутри его стен, но и удаленно из любой точки мира, где доступен интернет. Удаленное управление системой можно осуществлять с использованием мобильных технологий, таких как GSM, или через интернет.

Исходя из вышеперечисленных требований, мы разработали систему умного управления освещением. Все данные, связанные с умным домом и базой данных, хранятся на сервере. В эту систему входят разные компоненты, включая датчики движения, датчики освещенности, датчики присутствия и контроллер для управления освещением. Связь между центром умного дома и контроллером освещения осуществляется беспроводным способом.

NodeMCU предоставляет возможность создавать и программировать скрипты с несколькими этапами:

 сначала модуль активируется из режима сна;

 затем он устанавливает соединение с беспроводной сетью Wi-Fi;

 выполняет конкретные задачи в соответствии с программой;

 обменивается данными с центральным узлом системы;

 после выполнения задачи модуль возвращается в режим сна на заданное время.

Для создания определенной функциональности модуля необходимо разработать специальный скрипт на языке LUA Прежде чем начать использовать модуль, необходимо загрузить прошивку, которая поддерживает язык LUA. Это может быть базовая прошивка с предустановленной поддержкой LUA или специально настроенная прошивка.

После загрузки прошивки, модуль инициализируется. Это начинается с поиска скрипта инициализации с именем "init.lua". Если такой скрипт существует, он автоматически запускается, что позволяет модулю настроиться и подготовиться к работе.

Модуль пытается установить подключение к Wi-Fi сети, указанной в файле «wifi.config». Этот файл содержит информацию о SSID и пароле для подключения. Если подключение не устанавливается или DHCP-сервер не присваивает IP-адрес, модуль повторно пытается подключиться каждые 10 секунд. Если даже после нескольких попыток подключение не удается, модуль переходит в режим сна на 10 минут.

После периода сна модуль возвращается к работе. Снова запускается скрипт «init.lua», чтобы обеспечить непрерывную работу модуля.

Модуль может обмениваться данными с центральным узлом через HTTP REST API. Для этого отправляются определенные данные с идентификатором модуля на сервер с помощью команды POST. Сервер обрабатывает эти данные и отправляет обратно ответ с кодом HTTP 200, если обработка прошла успешно. Если что-то пошло не так и центральное приложение не смогло принять сообщение, оно отправляет код ошибки HTTP 400, и информация об ошибке записывается в журналы.

Эти этапы обеспечивают полный цикл работы модуля, начиная от инициализации до обмена данными с центральным узлом.

Чтобы уменьшить потребление энергии, мы можем перевести модуль в режим сна на некоторое время. Важно понимать, что существуют две группы модулей: те, которые всегда активны и ожидают определенных событий (как, например, датчики движения), и те, которые периодически измеряют данные и переходят в режим ожидания между измерениями. Модуль обнаружения движения, например, включает NodeMCU и датчик движения Grove PIR. Он способен обнаруживать движение в угловом диапазоне 120 градусов на расстоянии до 6 метров.

Модуль получает информацию с датчика, который подключен к конкретному цифровому порту (D4). Этот порт настроен на режим "автоматического обнаружения" с использованием функции "gpio.trig()". При этом порт D4 ожидает определенного события, и когда событие происходит и на порту D4 появляется логическая «1», модуль запускает заранее настроенную функцию. Когда на порту D4 обнаруживается событие, указывающее на движение, модуль отправляет уведомление центральному узлу. Для этого используется специальный скрипт "data send.lua". Тип данных, который передается, в данном случае - "Движение". Это сообщение информирует центральный узел о том, что было обнаружено движение в определенной области, подключенной к датчику.

Для эффективного контроля освещения в доме необходимы не только модули, которые собирают и обмениваются данными с мобильными устройствами по беспроводной связи, но также и способы управления светом через этот же беспроводной канал. Вышеупомянутые модули предназначены для сбора данных о физических параметрах, однако они сами по себе не способны управлять освещением. Обычно в домах основное освещение подключено к стандартной сети напряжением 230 вольт и управляется с помощью выключателя на стене или пульта. Этот выключатель может быть подключен к источнику питания по проводу. Еще одним важным аспектом является возможность регулировать яркость света, что обеспечивается функцией диммирования.

Одним из ключевых компонентов обеспечения безопасности вашего дома является система видеонаблюдения. Она помогает не только защитить ваш дом от вторжений, но и позволяет отслеживать различные его части, такие как детские комнаты или домашние животные, даже когда вы находитесь вне дома. Многие видеокамеры также способны обнаруживать движение, и в случае обнаружения они могут отправить вам уведомление, сделать снимок события или записать его.

На рынке существует множество различных видеокамер, предназначенных для обеспечения безопасности в домашних условиях. При выборе хорошей камеры важно учитывать такие характеристики, как ее функциональность, возможность установки в различных местах и совместимость с другими системами. Некоторые из них также могут быть интегрированы в Raspberry Pi, что делает их более гибкими и удобными в использовании.

OpenHAB (Open Home Automation Bus) - это серверное приложение, разработанное специально для создания умного дома. Его серверная часть может работать на различных операционных системах, таких как Windows, Linux и OS X. Кроме того, у OpenHAB есть веб-интерфейс и мобильные приложения для Android и iOS, что обеспечивает удобный доступ к управлению умным домом с различных устройств.

Одним из ключевых преимуществ OpenHAB является его гибкость. Эта система позволяет добавлять к себе различные устройства, которые могут действовать как интерфейсы для управления другими устройствами. Более того, OpenHAB включает в себя хранилище данных, где сохраняется информация о состоянии всех подключенных устройств, обеспечивая синхронизацию между ними.

Система также предоставляет возможность вести журнал всех событий и хранить данные в файлах или базах данных. Для этого используется RRD4J (Round Robin Database for Java) - база данных, которая часто применяется для создания графиков и диаграмм в пользовательском интерфейсе. Помимо этого, OpenHAB позволяет выполнять запросы к базам данных и отображать полученные данные в графическом виде, что обеспечивает удобный мониторинг и управление умным домом.

В целом, OpenHAB - это универсальная система управления домом, которая может быть основана на Raspberry Pi и дополнительных модулях. Она обладает высокой функциональностью и гибкостью, что делает ее отличным выбором для тех, кто стремится улучшить комфорт и безопасность своего жилища, а также расширить возможности управления им.

Выводы по разделу 3

Были найдены решения, как компоненты нашей интеллектуальной системы взаимодействуют для управления освещением. Для сбора данных от беспроводных датчиков мы используем стандарт Bluetooth с низким энергопотреблением. Это позволяет нам собирать информацию, не требуя сложных изменений в организации помещения. Для доступа к серверному приложению системы мы воспользуемся беспроводной локальной сетью Wi-Fi (IEEE 802.11).

При выборе компонентов для аппаратной части системы, мы руководствовались их совместимостью и стоимостью.