Выключатель для умного дома своими руками

Умный дом с нуля своими руками или путешествие длиною в год

Данную статью пишу для думающих, стоит оно того или нет, и начинающих построение своего умного дома, надеюсь она поможет сделать вам свой выбор. Для тех кто думает, я не программист у меня ничего не получится, я тоже, хотя имею техническое (теплоэнергетик) образование, но никогда не работал в IT, не знаю ни одного языка программирования. Дорогу осилит идущий. Начнем с рассуждений что такое умный дом, поверьте на слово он не решит все ваших бытовых и семейных проблем, но точно сделает жизнь немного комфортней. Что такое умный дом в моем представлении год назад: 1. Красивый планшет со схемой дома висящий на стене в прихожей с которого можно управлять всем в доме; 2. Управление всем чем можно голосом. Откровение через год: планшет не нужен, так как бегать со второго этажа на первый, чтобы по управлять, неудобно. Что бы хорошо работало голосовое управление, требуется установка умной колонки в каждую комнату, когда их две — это одно. А когда значительно больше — вопрос. Сейчас для меня умный дом это то, что работает само без моего участия, и не требует управления. Все о чем пойдет речь далее сделано мною лично, может можно сделать по-другому, может проще и лучше. Но таков путь.

Краткий ликбез

Системы умного дома

1.1 Mi Home

+ красивые сенсоры и устройства; хорошее мобильное приложение; простое построение автоматизаций;

— закрытая экосистема; данные хранятся на облачных серверах; автоматизации работают через облачные сервера.

1.2 Google home

+ это google, интерфейс на высшем уровне;

— закрытая экосистема; автоматизации работают через облачные сервера; в приложении есть поддержка таких решений, о которых вообще не слышал.

1.3 Domoticz

+ открытая экосистема; большое русскоговорящие сообщество; облако через которое ты можешь зайти на свой сервер; язык для автоматизаций blockly — удобный и понятный;

— не которые вещи в нем реализовать очень сложно (или я не разобрался); не успевает обновляться документация; делаешь по написанному в Вики, а не работает, так как все поменялось; частые обновления.

1.4 HomeBridge — для поклонников apple, а так как я сторонник светлой стороны силы, прошел мимо

+ это Apple, интерфейс на высшем уровне и работать должно как часы;

— как мне сделать вот так? — А вам это не надо, мы в Apple решили, что вам нужно только так.

1.5 ioBroker — открыл интерфейс, закрыл и больше не открывал

+ были первооткрывателями много чего, хорошая поддержка многих устройств;

— такой интерфейс в 2020 году преступление.

1.6 MajorDomo — честно говоря как-то прошел мимо

+разработчики наши, мелочь, а приятно;

1.7 Home Assistant — вишенка на торте умного дома

+ открытая экосистема, нормальный интерфейс, который можно настроить самому как угодно, актуальная документация, поддержка всего чего угодно, может интегрироваться с Яндекс Алиса, Mi Home, Google home, HomeBridge, нет ничего невозможного для реализации, автоматизации ограничены только вашей фантазией;

— сложность освоения на первоначальном этапе.

Как вы уже догадались, мой выбор пал на Home assistant и далее речь пойдет о нем.

Железо

2.1 Роутер

Я живу в частном секторе, и у нас один провайдер местного масштаба, который тянет оптику и всем выдает изделие ZTE F660. Два месяца я с ним мучился, каждый день что-то отваливалось и не работало, пока не поменял его на Keenetic Ultra. Все проблемы с отвалами умных устройств как рукой сняло. Так что роутер ключевой элемент умного дома. Цена вопроса зависит от стоимости роутера.

2.2 Сервер

Для работы Home Assistant требуется сервер, на котором будут хранится все данные и управляться устройства умного дома. Тут есть несколько путей: можно установить Home Assistant на компьютер, старый ноутбук под Windows или на мини компьютеры под Linux или Ubuntu, которых сейчас бескрайнее множество, или на NAS. Тут все зависит от вашего желания и возможностей. Так как сервер должен работать в режиме 24/7, то я для себя выбрал вариант Raspberry pi 4b 4Gb. Потому что у него низкое энергопотребление, он бесшумный (эксплуатирую в безвентиляторном корпусе). У меня на нем работает Home Assistant и Plex (медиа сервер) в режиме 24/7 уже полгода, проблем с производительностью нет. Но если вы кроме этого хотите использовать какие-то еще ресурсы, то советую посмотреть в сторону NUC. Хотя начинал знакомиться с системой на Windows 10, но у меня вызывает вопросы ее стабильность с криворукими обновлениями, от которых больше вреда, чем пользы. При использовании Raspberry pi 4b, есть несколько нюансов, должен быть хороший блок питания, который выдает честные 3 А и нельзя устанавливать в безвентиляторном корпусе в закрытые ящики, так как ее рабочая температура около 50 градусов. Цена вопроса Raspberry pi 4b 4Gb около 4 тыс. руб. на Али.

2.3 Стандарты беспроводной связи умных устройств для умного дома

WiFi — он и в Африке WiFi. Для работы нужен WiFi роутер и чтобы устройство умного дома находилось в одной локальной сети с сервером. Большое количестве WiFi устройств особенно видеокамер, может влиять на скорость WiFi не умных устройств. Для стабильной работы умного дома нужен хороший WiFi роутер, причину описал ранее.

Zigbee- энергоэффективный (устройство может несколько лет работать от одной батарейки) стандарт беспроводной связи, позволяет строить ячеистые надежные сети. Для связи умных устройств Zigbee с сервером умного дома нужен координатор (шлюз). Без него умные устройства работать не будут, нужен именно Zigbee шлюз. В Zigbee несколько поколений стандартов, самые распространенные сейчас 2.0 и 3.0. Будьте внимательны шлюзы с поддержкой Zigbee 2.0 не будут работать с устройствами Zigbee 3.0. Новые Шлюзы Zigbee 3.0. имеют обратную совместимость и будут работать с устройствами старого стандарта.

Bluetooth — энергоэффективный (устройство может несколько лет работать от одной батарейки) стандарт беспроводной связи, последние его разновидности в частности Mesh, так же позволяет строить ячеистые надежные сети. Для связи умных устройств Bluetooth с сервером умного дома нужен координатор (шлюз). Без него умные устройства работать не будут, причем нужен именно Bluetooth шлюз.

2.4 Координатор или шлюз. Координатором в Home Assistant могут быть

Шлюзы различных производителей Xiaomi , Тuуа, Sonoff и д. р. Работают через облако (китайские сервера). В основном работают с умными устройствами своей экосистемы. Не поддерживают или не полностью поддерживают умные устройства других производителей. Цена вопроса около 2-3 тыс. руб. на Али.

Stick СС2531, СС2538, СС2652, вставляются в usb сервера, работают по протоколу zigbee2mqtt, поддерживают работу с устройствами большого количества различный производителей, поддержку конкретного устройства можно посмотреть у них на сайте. Работают в локальной сети, даже без интернета. Stick СС2531 не поддерживает больше 32 устройств, если планируете больше умных устройств в своей сети, обратите внимание на Stick СС2538, СС2652, они уже поддерживают более 100 устройств. Цена вопроса около 2 тыс. руб. продают их в Telegram.

SLS шлюз отдельно устройство, такое же как шлюзы Xiaomi , Тuуа, Sonoff, но так же работает по протоколу zigbee2mqtt. И работает со большим количеством различных производителей. Работают в локальной сети, даже без интернета. Цена вопроса около 3 тыс. руб. продают их в Telegram.

Мой путь

В конце 2019 года начитавшись статей на различных сайтах про умный дом приобрел стартовый набор Xiaomi для умного дома и один выключатель решил протестировать умный дом у себя в квартире. Все подключил установил Mi Home и счастливый начал эксплуатировать, так как набор был приобретен в Китае на Али, то работать в регионе Россия он отказался и пришлось его настраивать в регионе Китай. И автоматизация работала через китайские сервера, работала громко сказано. Складывалось впечатление, что майор в Китайском КГБ согласовывал включение света в моей квартире. Задержки в автоматизациях доходили до 5 секунд и работали через раз, 5 раз сработает на шестой нет (видно майор не разрешил). Помучившись неделю, поставил крест на умном доме, снял все датчики и положил в ящик. Тут бы могла история и закончится.

Но в марте 2020 году удалось приобрести частный дом в черновой отделке и решил умному дому быть начал изучать вопрос, перелопатив весь интернет приобрел stick СС2538 и установил Home Assistant на компьютер с Windows 10, сделал копипаст со статей в интернете. И о чудо все заработало задержек нет все включается моментально и работает.

Далее распланировал размещение основного электрооборудования в доме (розетки и выключатели), угадал расположение на 90 процентов, остальное решил купив накладные розетки. Приобрел Raspberry pi 4b 4Gb на Али, купил умные розетки и выключатели Xiaomi (дизайн понравился). Смонтировал все это хозяйство. Установил Home Assistant на Raspberry по урокам Alex Kvazis на youtube, кстати огромное ему спасибо на начальном этапе его уроки были не заменимы делал с них полную копию. Так как другой информации взять было неоткуда, есть хорошее русскоязычное сообщество по Home Assistant в Telegram, но на первом этапе и спросить то не понимаешь чего, и на 90% вопросов получал ответ читай документацию. Я ее честно читал но ничего понять не мог, злился. Сейчас понимаю парней, так же сижу в чате и ежедневно одни и те же вопросы повторяются. Так и хочется сказать читайте документацию. На первом этапе очень помог блог https://ivan.bessarabov.ru/, за что спасибо Ивану.

Начал эксплуатировать на stick СС2538, все работало четко и стабильно. Но тут решил купить светильники на али Xiaomi bluetooth mesh красивый дизайн, регулируется яркость и цветовая температура, так как stick не поддерживает данные устройства был куплен шлюз третий версии от Xiaomi. О нем расскажу отдельно благодаря усилиям @AlexxIT и его интеграции Xiaomi Gateway 3 для Home Assistant, данный шлюз превращается в уникальный продукт, позволяет одновременно параллельно работать умным устройствам и в Home Assistant и MiHome, только умные устройства должны быть Xiaomi. Так же Home Assistant с данным шлюзом можно интегрировать с Яндекс Алисой, Google home и HomeBridge. Так же отдельное спасибо хотел сказать @AlexITон сделал для развития популярности Home Assistant в русскоязычном сообществе очень много, является автором интеграций Sonoff LAN, Yandex.Station. Но есть ложка дегтя в бочке меда шлюза третий версии от Xiaomi, к сожалению производитель в новых прошивках шлюза даты производства с 10.2020 г. закрыл Telnet и теперь без паяльника шлюз в Home Assistant не интегрировать (говорят 10 минут работы и все сделано), но будьте в курсе.

Как вы уже догадались начиная с сентября я переехал на Xiaomi Gateway 3, уже более полугода все работает стабильно, сейчас у меня в эксплуатации 77 устройств Xiaomi, розетки, выключатели, различные датчики.

4. Сейчас уже реализовано

Управления всеми розетками и выключателями кухня

управления всеми розетками и выключателями, из любой точки мира

автоматизировано освещение туалета, ванной, коридора, прихожей, лестницы;

настроено адаптивное освещение, когда автоматически в течении дня меняется яркости и цветовая температура;

Мониторинг погоды

мониторинг погоды и микроклимата в доме

автоматизировано управление батареями в зависимости от температуры;

Мониторинг сервера

мониторинг наличия интернета и сервера;

автоматизировано управление подачи воды в зависимости от времени суток;

Датчики безопасности

сделаны датчики безопасности и уведомления в телеграмм протечка воды, задымления, загазованность, движение в доме, выключить все розетки, выключить весь свет в доме;

уведомления о нежелательных событиях в доме остановился котел, с работка датчиков безопасности;

Учет электроэнергии по группам

учет электроэнергии по группам потребителей;

Робот пылесос, увлажнитель

интегрированы различные устройства, с возможностью их управления;

время прибытия транспорта на остановку;

управление умным домом голосовыми командами Алиса и Эй google.

В планах

автоматизировать уличное освещение;

интегрировать ворота Алю тех в Home assistant;

автоматизировать полив растений

5. Где я ошибся

Приобретение умных выключателей, а затем умных лампочек. Адаптивный свет это классно, поэтому умные лампочки нужны, а с ними можно было установить глупые возвратные выключатели. Можно было сэкономить.

Покупка видеодомофона с камерами с Али, сейчас бы купил ip камеры и интегрировал в Home assistant.

Приобретение WiFi видеокамеры Xiaomi внутри дома, которая не интегрируется в Home assistant, сейчас бы купил Reolink.

Заключение

Умный дом повышает комфорт жизни, но требует массу времени и главная проблема превращается в Хобби, получаешь умный дом головного мозга. Сейчас все стабильно работает, а ты сидишь и думаешь а может еще какой датчик куда поставить и чего-то автоматизировать. Плюс главный риск когда все работает хорошо все классно, но в процессе отладки или сбоев у вашей семьи должно быть терпение и готовность к определенным трудностям, сколько раз за эти пол года я слышал от супруги, что как я достал с этой автоматизацией, когда в туалете или в ванной отключался свет, пока все отладил. Ну и самое главное должно быть физическое дублирование выключателями.

Это первая моя статья на habr, если тема умного дома интересна пишите в комментариях о чем хотите узнать все расскажу, просто Home assistant целая планета и в одной статье все не рассказать. Какие темы интересны, что хотите узнать подробней, если будет интерес напишу более подробный материал.

Источник

Мой умный выключатель или как я сделал девайс для умного дома без опыта разработки электроники, проживая в деревне в Индонезии

Говорят что лень — мать прогресса. В моём случае, так оно и было. Сейчас я живу в солнечной Индонезии, где по ночам люди освещaют свои дома для отпугивания воров (и призраков). Случилось так что моим поручением стало включение и выключение сего освещения. Каждое утро и вечер надо пройти вокруг дома и щёлкнуть всеми наружными выключателями. Особенно трудно не забыть об этом утром, поскольку включённые лампочки не заметны при дневном свете. После недельки таких хождений мне захотелось лучшей жизни. Я решил сделать дистанционный выключатель и автоматизировать управление светом. Таким образом, закладывая первые виртуальные кирпичи своего умного дома. Была только одна маленькая проблемка — я не имел ни малейшего представления как спроектировать электронику и развести плату.

На заглавном фото вы видите результат моих работ. Выключатель представляет из себя две вставки в стену. В одной располагается физический выключатель, а в другой его «мозг». Виртуальный выключатель работает в OpenHab2, запущенный в с свою очередь на RaspberryPi2.

Итак, с чего же все таки начать разработку такого устройства? Я хотел чтобы виртуальный выключатель работал вместе, а не вместо, физического, и чтобы выключение физического выключателя не отключало виртуальный. Здесь такую конструкцию любя называют «отельный выключатель».

А как быть с корпусом? Мой девайс ни в коем случае не должен быть «wall wart»-ом. Наоборот, он должен гладко сливаться с физическим выключателем не выдавая своего существования. Значит плата должна будет помещаться в одну из распостранённых стенных коробочек. Ниже, на фотографии показан экземпляр такой коробочки, она из линейки выключателей и розеток компании Panasonic. На её базе я разработал своё устройство.

Ок, а что про «умные» функции? Я хотел выключатель который знает включён ли он или нет. Не просто знал статус рэле, но действительно знал если ток течёт через систему. Также я хотел чтобы это состояние сохранялось долгосрочно, и например, при сбое в электросети свет не включался/выключлся внезапно, после восстановления питания.

Напоследок, я хотел красивую панель управления для виртуального выключателя. Мне требовалось хорошее решение для контроля умного дома, куда я мог бы подключиться. Я совсем не желал писать еще одно кул-приложение для смартфона, чёрт побери!

Итак, я хотел построить электронное устройство, но совсем не знал как это сделать. Я был знаком с микроконтроллерами, умел пользоваться мульти-митером и спаял пару нехилых бордов чужого дизайна. Но проектировать свою схему я никак не умел. Поэтому, сперва я решил собрать свой выключатель из готовых модулей. Вот что я насобирал:

Для понижения 220В в 5В я использовал заряжалку от телефона. Сразу берите хорошую заряжалку, например ту которая прилагалась к телефону при покупке. Не покупайте Китайский афтермаркет на базаре, они обычно кривые. Я взял свою от какого-то старого Самсунга.

Рэле я взял как кит («beefcake» kit из SparkFun-a). Оно было большое, с громким кликом и имело всю необходимую обвязку (транзистор, защитный диод, итд) чтобы орудовать им ногой микроконтроллера.

Для измерения тока я взял один из Allegro-вских ACS712 модулей на маленькой плате. Там была вся обвеска, нужно было только подключить питание и читать аналог выход.

Вышеперечисленное составило мой модуль питания. Для логической части я взял:

Dev-борду на PIC24F от Circuits@Home. Она была сделана для создания USB Host устройств, но мне от неё нужен был только гигантский PIC, который на ней стоял. Также, я взял PickIt3 программатор/дебагер для него. В аду есть зарезервированное место для того человека, который в первый раз осмелился назвать эту хрень дебагером.

Wifi модуль изначально был CC3000 на breakout board-е. Но ненадолго. CC3000 мог быть той самой рабочей лошадкой для интернет утюгов, но только до того как TI не взвинтила на него цены (от $10 до $30) и прекратила выдавать сэмплы. Как раз когда я собирался погрузиться в его изучение, вышел другой чип про который вы возможно слышали — ESP8266. Ультра-дешёвый wifi модуль управляемый странными AT командами.

АТ команды еще долго не давали мне покоя. Кого в здравом уме может потянуть на водворение столь странного синтаксиса? Потом я конечно понял, что эти АТ команды не изобретены Espressif-ом (компания выпускающая ESP8266), а были использованы потому что такие же АТ команды в том же исполнении были использованы ранее в других похожих продуктах, такими как например GSM модемы. А ещё ранее GSM модемов, ими пользовался кто-то еще, и так далее к самому первому dialup модему. Ожидалось что люди раньше писавшие под АТ команды смогут быстро подключить ESP8266. Только это был не я 😉

Софт для микроконтроллера.

Программирование — другое дело, это я могу! Используя мою компашку модулей я написал большинство прошивки для PIC-а. Я решил, несколько произвольно, что мой девайс будет доступен через JSON RPC поверх TCP. RPC (remote procedure call) показался мне наиболее логическим способом организовать связь между центральным сервером и моим устройством. Устройство будет открывать соединение с сервером, а сервер будет пользоваться установленным каналом для вызова методов «вкл», «выкл», «статус» и получать какие-то данные в ответ. А JSON я взял чтобы не придумывать свой синтаксис и парсер к нему.

Я нашел маленькую С либу для JSON парсинга — JSMN. Она легка в использовании, но в ней не было простых способов для проходов по JSON дереву. Без проблем, нужный функционал был легко добавлен. Поверх JSMN, я написал свой JSONRPC сервер. Модуль инициализируется массивом function pointer-ов и строковых имён функций (примерно как регистрируются JNI методы в Андроиде). Таким образом сервер знает какую функцию запустить когда встречает eё имя в JSONRPC запросе. При вызове происходит автоматическая проверка типа аргументов, проверка типа возврата будет добавлена в будущем. Взгляните, если вам интересно.

О, да, есть еще одна вещь которую стоит упомянуть прежде чем мы пойдём дальше. Каждый микроконтроллерный проект стоит начинать с хорошего UART консоля. Ну, вообще-то довольно просто послать пару байт по UART-у а потом покрутиться в цикле, ожидая ответа, ты это имел в виду? Нет, это плохой UART консоль. Хороший будет неблокирующим, использующим прерывания, кольцевые буферы и всё такое. К сожалению опен сорцного варианта я не нашел, и был вынужден портировать один из вендор-привязанных под свои нужды. Собираюсь написать свой, с нуля, и выпустить его, но руки все никак не доходят.

Также, нам нужен интерфейс к ESP8266. Я решил написать модуль который назвал ‘at-socket’. Пользовательский интерфейс сокет-подобный: open/close/send/receive/joinap/quitap/etc, но под капотом эти функции выполняют последовательности правильных AT команд и возвращают бинарные статусы. Это было намного труднее чем может показаться. Сталкиваясь с AT командами впервой, я не знал есть ли какие-то устоявшиеся конвенции, и если авторы данной AT имплементации их придерживались. Например, не было сказано ничего про синхронизацию (возможно ли прочитать асинхронную АТ команду посреди синхронного вызова?). Контрольные слова иногда меняются в разных командах (пр. ERROR и FAIL), а иногда вообще используются одиночные, символы без EOL маркеров (пр. ‘>’), и поэтому нельзя вот так просто взять и читать построчно из буффера. Ещё не забываем парсить размер входящих данных из строки в инт. Вместе взяты, эти мелочи сильно мешаются. В конце концов, методом экспериментов, я получил нечто исправное, но вы наверное можете представить как код, написанный таким образом, выглядит изнутри. Поэтому вашему вниманию я его предлагать не буду. Возможно после того как я его перепишу зная главные подвохи, но не ранее. Мне одно не понятно — где все эти легаси АТ команд либы которые держат этот синтаксис на плаву?

Второй заход на железо/Делаем платы

До этого момента, я успешно компенсировал своё незнание электроники использованием готовых модулей, но теперь оно смотрело мне прямо в лицо. Альфа версия прошивки для микры была готова и рвалась на новое железо. Я понимал что изготовка плат займет время, поэтому хотел начать процесс как можно быстрее, а в это время ковырять центральный сервер умного дома.

Мои попытки заинтересовать друга-электроньщика не увенчались успехом. Я был один. Я решил что по крайней мере нарисую схему, в конце концов, у меня уже были все модули одиночки и к ним обычно прилагалась схема, или-же была в даташыте. Всё что от меня требовалось это объединить всё в одну большую схему, а с ней уже можно было грамотно спрашивать о помощи.

С помощью ютуба и поисковиков я научился использовать электронный CAD (начинал с Eagle-a, и да, он ужасен). По мере добавления каждого модуля в мой мастер чертёж, я просто не смог не задаться вопросами про то как он работает. До этого электронные схемы вводили меня в заблуждение. Они были большими и я даже не знал с какой стороны начинать на них смотреть. А тут, всё было элегантно разбито на маленькие кусочки и можно было задуматься над тем что даёт тот или иной резистор и конденсатор. Я задавал вопросы на stackoverflow и toster, и понемногу начал понимать что к чему — сurrent limiting resistors, pull ups, pull downs, filtering caps, protection diodes, voltage dividers и тд. А ещё я понял что для каждой микросхемы обычно есть примеры разводки в даташыте, и даже если не всё понятно, можно начинать использовать и задавать вопросы. Таким образом я даже осмелился добавить несколько вкусностей в свою большую схему которых не было в модулях. И наконец-то я понял какая она — минимальная обвязка для микропроцессора. На эту тему предлагаю вам отвлекательную историю.

Как только я закончил первый проход по прошивке, у меня произошло небольшое происшествие. Я держал ступню в лечебной ванне из пероскида (тропический фангус, фу, не спрашивайте) и как дурак, не вставая, протянутой рукой неправильно подключил питание в первый прототип. Это были 12В а не 5. Белый думок закружился над платой. Я разобрал агрегат, и стал проверять компоненты. Всё было плохо. Сгорело всё… кроме программатора, но тогда я этого не знал. Теперь-то мне точно надо было делать свою плату. Пока я заканчивал схему, я решил попробовать спаять новою дев борду для PIC-а, благо у меня были в запасе пара чипов и я уже нашёл минимальную обвеску в даташыте. Мне нужны были только несколько керамических конденсаторов, резисторов, и может быть кристалл и линейный источник. Я составил список и направился в местный магазин электроники.

Дайте я вам немного расскажу про Индонезийские электронные магазины. Это обычно полу-тёмная, тесная комната с открытой стеной на улицу и минимальными витринами. Ходовые товары это колонки и усилители для многочисленных мечетей и немного дешёвых Китайских LED-шных поделок которые местные любят крепить куда-нибудь на бампер своего автомобиля или мопеда. Вся электронная мелочь лежит в пыльных коробочках за прилавком с пожелтевшими наклейками. Даже и не думайте про каталог, говорите что вам нужно и мы проверим есть это у нас или нет. В тот вечер я зашёл на Digikey, ткнул в поисковую строку и тихо плакал. Однажды я увидел пару школьников покупающих транзисторы, светодиоды и еще какую-то мелочь. Я спросил у них, что они собирают, поскольку до этого я никогда не видел чтобы кто-то здесь интересовался сбором электроники. Они сказали мне что делают flip-flop. Внезапно у меня была надежда! Здесь все таки существуют те кого интересует электроника. Может быть я их найму когда они закончат школу, или устрою им хакатон, или… но не долго музыка играла. Оказалось что они собирали flip-flop для школьного задания, и примерно на этом вся электроника в школе начиналась и заканчивалась.

Итак, я был в одном из этих магазинов электроники с моим списком. На мой вопрос про керамические конденсаторы в ответ я получил мутный взгляд и хлопающие глаза. После 15 минут объяснений я вышел из магазина получив резистор на 10К, кристалл на 12MHz и пару 8nF конденсаторов к нему. Других керамических конденсаторов у них не было, и они не во что не хотели воспринимать мои описания нетравленой платы. Пока ты не выучишь ключевые слова на местном (нетравленная плата оказалась ‘PCB polos’) на тебя будут смотреть как на макаку сбежавшую из зоопарка.

Мои приключения с поиском деталей затянулись на пару недель пока мы не съездили в ближайший «мегаполис». В нём магазины были такие же как в деревне, но с немножко бОльшым выбором. Зная ключевые слова я смог быстро проверить наличие нужных товаров. Мне досталось керамических конденсаторов на 0.1uF, но не выше. Я также взял танталовый конденсатор (последний, пыльный) на 25uF, который позже оказался битым и испортил мой дев борд. У них также был PCB polos! Но только односторонний, чтобы жизнь малиной не казалась.

Через несколько дней я спаял свою плату, используя тонкий провод (который, в свою очередь, был извлечён из горелого трансформатора от паяльной станции) для дорожек.

Момент включения был разочарованием. Программатор не хотел распознавать чип. Причиной тому был битый танталовый конденсатор, но я этого еще не знал, и было непонятно если программатор сгорел или я неправильно собрал плату. Чтобы закончить историю, скажу вам что позже я пересобрал дев борду на макетной плате с гигантскими (по физическим размерам) thin film конденсаторами и все заработало. Программатор был жив.

Итак, где мы остановились? Ах, да — я дорисовал мастер схему и обдумывал следующий ход. Я не хотел заниматься разводкой платы сам. Это была бы моя первая плата и косяки были гарантированы. Вдобавок, модуль питания использовал 220В и косяки становились пожароопасны. Я сделал то что должен сделать любой человек в такой ситуации — я заправил заказ на фрилансим. Три исполнителя откликнулись, и так я познакомился с Данилом. Он прекрасно развёл модули питания и логики, и даже переманил меня на сторону Altium-a (Altium против Eagle это примерно как Photoshop против MSPaint).

Пока Данил трудился над платой я помогал рисованием посадочных площадок (footprints) и выбирал главные компоненты. Свои порывы «тоже порисовать» в Altium-e я удовлетворял повторением туториалов с ютуба и официальной документации, которая очень хороша. Мне понравился вот этот чувак. С моими новыми знаниями я мог разглядывать варианты плат от Данила, и давать полноценный фидбэк. Вообщем учите CAD, это не так сложно как кажется. Забегая вперёд вот какие получились платы:

Заполучив в трясущиеся ручки Gerber файлы, надо было найти место где их напечатать и закупить компоненты. Я знаю только два места где можно взять маленькую партию плат по низкой цене — oshpark и cheapdirtypcbs. Я выбрал oshpark, потому что мне очень нравится их веб интерфейс и я уже видел их продукт и он действительно добротный. Единственная проблема — они в Америке а я в Индонезии. А знаете что есть ещё бОльшая проблема? Заказать рассыпуху в Инденозию, [цензура]. Здесь нет местных оутлетов больших дистрибуторов как Digikey/Mouser/Element14/итд. Я подумывал заказать из оутлетов в близлежайших странах — у Mouser есть Малазийский сайт, а у Element14 Сингапурский. Счастливого выяснения цены за доставку. По-моему у Mouser на их Малазийском сайте было написано с тримя восклицательными знаками что — наконец-то они делают доставку в Индонезию. За низкую, низкую цену в $70. Ок. Идём дальше. В конце концов, я нашёл решиппера в Америке, и они получили все мои платы и компоненты и выслали мне их одной партией. Пересылка теперь стоила $23. Спустя месяц (или другой) посылка была у меня. Кто хочет открыть большой электронный магазин внутри Индонезии вместе со мной? (Серьёзно)

Прежде пройдя квест «Индиана Джонс и Паяльник с Переменной Температурой» (и даже не смейте меня спрашивать про жала правильной формы), я приступил к пайке. Несколько задом наперёд припаянных диодов спустя, у меня был источник питания. Было несколько багов (моих), расскажу только про один интересный/смешной. Модуль с микроконтроллером дался труднее. Оказалось что я нарисовал посадочную площадку для ESP8266 ровно в зеркальном отражении (facepalm). Повезло еще что он не сгорел после такого подключения. С помощью фена я его снял, и переставил лицом вниз. Сработало.

Следующее приключение было с линейным регулятором. Не знаю как я этого не углядел, но оказалось что мои 5В были крайним, низким значением для входа. Когда я подключал нагрузку (читай: включал ESP8266) 3.3В выход проседал до 2.7В, что вызывало brown out reset на PIC-e. Я тут-же заказал замену (MCP1825, рекомендую) на АлиЕкспрессе. АлиЕкспресс очень даже неплох для одиночных компонентов — цена примерно такая же как в Америке, бесплатная доставка при покупке штук эдаки десяти. Но в то же время я не представляю себя заказывающим весь BOM таким образом.

Последний баг в логическом модуле был неправильным выбором ног под UART. Я уже навострился пользоваться микрочиповскими remappable peripherals, но не заметил что многие из этих пинов годны только для входа. И как следовало ожидать оба пина для UART-a я выбрал именно такие. Ну ничего, починим. Я перерезал дорожки и проложил их «в обход» тоненьким проводом. Капля горячего клея для удержания, и все готово.

Оно запустилось! Я смог прогнать прошивку через все тесты, включая измерение тока. Я посылал JSONRPC команды вручную и получал ответы. Wifi и TCP работали. Вот как выглядит второй прототип:

Центральный сервер умного дома

Центральный сервер представляет из себя самый лакомный кусочек всей экосистемы умного дома. Контроль над ним даёт полный контроль над совместимостью устройств, можно всю метрику пускать через свой облачный сервис (а потом присылать рекламу на памперсы когда видно что одну из комнат перекрасили), интегрироваться с какой-нибудь Корпорацией Зла (для улучшения экспириенса конечно), или еще какую-то подлость. Так что, юные умнодомовцы — задумайтесь кого вы хотите поставить на эту роль. Надеюсь ваш ответ будет «самих себя», но в последнее время я даже не знаю что ожидать.

Я решил быстренько попробовать (установить и запустить) все решения для домашней автоматизации которые смог найти. Вот здесь есть неплохой список (в конце), но в последнее время такие проекты растут как грибы после дождя, поэтому он уже может оказаться не полным. Из тех которые я пробовал, мне не понравился ни один. Мои недовольства обычно попадали в одну из этих групп: полуживой статус проекта; похабная, недописанная документация; грубые нарушения безопасности (проект на базе локального сайта — директории с правами 777, принадлежащие пользователю под которым работает веб сервер, shell вызовы), привязки к облачным сервисам, и во всех случаях — отвратительный интерфейс. Я честно попытался всё установить и запустить, но заработало только где-то в половине случаев. Из работающей половины я остановился на OpenHab — у него наиболее подробная документация, активная разработка, довольно большое сообщество и открытый код. Мне так-же понравилось что он написан на Java. Из недостатков — замудренный код, уродливый интерфейс (сейчас намного лучше в OpenHab2), и нехватка места где можно задать вопросы. Сейчас в альфа стадии находится OpenHab2, и предлагает нам реорганизованный код (на много понятнее чем в первом) и красивый интерфейс PaperUI который хорошо смотрится как на писишках так и на телефонах. Вдобавок, есть все функции для подключения своего интерфейса, если вы рискнёте его написать.

OpenHab организован в core, ui и bindings. Binding это своеобразный драйвер для каждого устройства. В OpenHab-е есть пара обобщaющих байндингов, например http или tcp, и сначала я пытался ими пользоваться, но быстро понял что их полезность крайне ограничена самыми простыми случаями. У меня также есть пара красных слов в сторону «binding notation». Вообщем, если вам нужна своя логика то единственный путь это написание своего байндинга.

Нам повезло, структура байндингов намного улучшилась между первым и вторым OpenHab-ами, и с небольшим упорством я разобрался в байндинг «API» и написал свой. Мой байндинг находит новые устройства, ведёт учёт коннектов, дисконнектов и статусов всех устройств. Я планирую написать отдельный пост посвященный созданию своего байндинга, поэтому сейчас останавливаться на этом не буду и опишу архитектуру в более общих чертах.

Бинарник OpenHab-a запускается на любой машине с Java VM и поднимает веб морду на хосте. Наш байндинг запускает слушающий TCP сокет и ждёт пока к нему не подkлючится новый выключатель. Выключатель изначально программируется некоторыми параметрами от пользователя — wifi имя/пароль и айпишник или hostname где искать центральный сервер. То есть, как только выключатель устанавливает соединение с AP, он заходит на сервер. Когда TCP соединение установлено, пользователь получает уведомление о том что найдено новое устройство и надо бы добавить его в панель управления. И все, никаких конфиг файлов и binding configuration strings. В панели управления устройство выглядит как обычный выключатель, но погодите, это умный выключатель! Его статус (ВКЛ/ВЫКЛ) показывает правдивое состояние системы. Если вы его включите, а там выгорела лампочка, статус быстро вернется назад в ВЫКЛ, потому что если ток не идёт через выключатель, как следствие, лампочка не может работать.

Собираем все вместе

После нескольких итераций «поправь байндинг-подкрути микрокотроллер» вся система была готова к запуску. Отладка происходит вот на таком переносном агрегате.

Production сервер у меня состоит из RaspberryPi2 на котором крутится собранный OpenHab2. Малина подключена к домашней сети через LAN, и можно поднять дополнительный AP, на который посадить все выключатели для разделения и дополнительной безопасности.

А теперь давайте поиграем в электрика. Вооруженный тест-отвёрткой (горит красным светом если касаешься «горячего» провода) и отключив брейкер я взялся за проводку.

Довольно трудно орудовать толстыми медными проводами. Собираем.

Уже три недели я гоняю этот экземпляр с хорошими результатами, и готовлюсь установить еще один на улице.

На этом моя история заканчивается. Пока я не решил что делать дальше. Сердце тянет отправить мой выключатель в хардвер инкубатор, авось возьмут — домашняя автоматизация сейчас популярна. А мозг говорит что инкубаторы таким проектом никогда не заинтересуются, слишком уж один выключать неважен в этом мире — им лучше бы чего-нибудь, такого, социальненького. Было бы очень интересно услышать от человеков с подобным опытом. И да, если я буду подавать заявку, то мне нужен будет железячник и возможно «peoples’ person». Кто хочет со мной?

По просьбе телезрителей, я решил опубликовать схему. Смотрим здесь.

Источник