Namo automatizacija - pabaigos pradžia

Kaip sakoma - "Tobulumui nėra ribų". Nors mano sprendimui, iki tobulo, dar toli toli, tačiau judam į priekį ir generuojam naujas idėjas ir sprendinius. Beveik 4 metus namas buvo pilnai valdomas tik raspberry Pi pagalba ir nors veikė viskas stabiliai, bet ne iki galo tenkino pati architektūra. Sistema buvo stipriai priklausoma nuo raspberiuko ir jame esančios OPENHAB versijos. Su naujaujausia OH 3.X versija nustojo veikti mano pagrindinis protokolas, kuriuo buvo valdomi input'ai/output'ai. Tad turėjau du variantus, arba instaliuoti kitą programinę įrangą (pvz Home Assistant, ko daryti aš visai nenorėjau) arba likti su senąja versija ir "strigti laike". Kadangi nei vienas iš variantų netenkino, vis pasvajodavau apie PLC, bet taip rankos ir neprieidavo prie įgyvendinimo. Ir tai buvo tol, kol neužmačiau šio straipsniuko

 - http://www.pdnamas.lt/2021/08/30/renkames-protingo-namo-nugaros-smegenis-arba-kodel-raspberry-pi-neturetu-buti-namo-i-o-modulis/

Tai buvo gera paskata, pasidomėti visai nauju PLC, apie kurį prieš tai nebuvau girdėjęs nieko. Puoliau lyginti su Siemens, Wago ir panašiais valdikliais, bet kuo toliau domėjausi, tuo darėsi akivaizdu, kad visi kozeriai linkstą į CLICK PLC pusę. 

Visų pirmą - kaina. O kaina iš ties draugiška. Pats valdiklis ~100eur, praplėtimai ~70eur (16 inputų/ output'ų). Kiek praplėtimų reikia priklauso nuo jūsų poreikių. Mano atveju reikėjo 5 modulių. Jei bučiau bandęs panašų kiekį inputų/outputų realizuoti su Wago valdikliu, kaina būtų kelis kartus "riebesnė". Pats valdiklis yra USA produktas, bet yra atstovai ir Europoje, tad pristatymas buvo iš ties greitas. 

Programinė įranga - valdiklio programavimas yra tikrai paprastas ir elementarus (Iš oficialios svetainės reikia parsisiųsti  programą ir susiinstaliuoti). Internete tikrai daug medžiagos su pavyzdžiais. Jei neturite programavimo žinių - ne didelė bėda :) Porą dienų analizės ir valdiklis pažabotas :) 

Ar Raspberry pi vis dar reikalingas? O TAIP! Tik jo paskirtis kiek pasikeitė :) anksčiau visa namo logika buvo "aprašyta" pačioje "avietėje", o dabar visa tai perkelta į valdiklį. Raspberiuką naudoju visų sistemų apjungimui ir valdymui per vieną aplikaciją. Jame toliau sukasi Openhab (tik jau 3.x)  su įvairiausiais "binding'ais" į skirtingas sistemas: Rekuperatorius (MODBUS TCP), Click PLC (MODBUS TCP), Signalizacija (MQTT),Grindinis šildymas (MODBUS TCP), Kameros ir pan...

Rizikos: šiuo metu didžiausia rizika, "o kas jei valdiklis ims ir numirs?" smagu, kad rizika valdoma :) 

artimiausiu metu ketinu nusipirkti papildomą "atsarginį" valdiklį ir jį pasidėti kur lentynėlėje...Kitą vertus, tai yra lygiai tokia pat rizika, kaip kad, o kas jei suges šaldytuvas ar interneto routeriukas...na suges tai suges - pirksim naują, Iš esmės sugedus valdikliui, tikrai neliktume be šviesos. Tiesiog norėdami įjungti šviesą, tektų nueit į katilinę ir paduoti 24v įtampą atitinkamai relytei....Kadangi valdiklis industrinis, tikiu, kad artimiausiu metu su tokiom problemom nesusidurims :) 

Kaip namo automatizacija atrodo po 3metų

Pradėdamas rašyti šį straipsnį susimąsčiau, kaip turėčiau užvadinti jį. Pirma mintis buvo kažkaip į pavadinimą įkomponuoti terminą "išmanus namas", bet kuo toliau tuo labiau šio termino kratausi, nes tai kas yra vadinama "išmaniais namais"/"protingu namu" nieko bendro su protu neturi. Viso labo, tai tėra kažkokia, vienų ar kitų procesų automatizacija. Plius, man asmeniškai, tai yra tai, kad tau nereikia turėti n skirtingų programų telefone, skirtingiems procesams valdyti. Kad viskas yra vienoje vietoje ir patogiai. Jau ne retas, šiuolaikinis įrenginys turi vienokią ar kitokią programą jo valdymui ir žinant, kad tokių įrenginių namuose atsiranda vis daugiau ir daugiau, tampa iššūkiu nepasimesti tarp jų. Tad visos išmanios sistemos augiau ar mažiau tai ir bando spręsti. 

Kai pradėjau deliotis savo planus, dėl namo automatizacijos, puikiai žinojau, kad norėsiu nemažai daryti pats, todėl tam sprendimui pasirinkau Raspberry PI. Buvo daug nuogastavimų, kaip tas "raspberiukas" susidoros su mano užduotimis, todėl visą sistemą projektavau taip, kad jei kažkuriame x žingsnyje pamatysiu, kad "avietė" nesusitvarko su mano užduotimis, lengvai jį užkeisiu, bet kuriuo kitu, rinkoje esančiu produktu. Tačiau šiandien bėga jau treti metai ir galiu pasakyt, kad raspberiukas viršijo visus lūkesčius. Per tuos du su "kapeikom" metų, nebuvo nei pastrigęs, nei užlūžęs nei dar kitaip sugrybavęs.

Kodėl raspberry? Pats daug metų dirbu su Microsoft technologijomis ir man  didelis pliusas buvo, kad ant šio mikro kompiuterio buvo galima suinstalioti Windows'us. Šiai dienai mano raspberry pi sukasi ant Linux ir tuo labai džiaugiuosi :) Nors pradžioje turėjau didelių ambicijų viską programuoti pats, tačiau šiandien tą užmojį padėjau į šoną ir visą sprendimą leidžiu ant open source'inio produkto "OpenHab" ir tai buvo vienas geresnių sprendimų. OpenHab su savo užduotimis susitvarko puikiai ir naujų įrenginių prijungimas prie sistemos iš esmės yra kelių "button click'ų" klausimas. Produktas tikrai pritaikytas ir žmogui, be didensių IT žinių. 

O taip atrodo visa sprendimas:

Viska įranga paskirstyta per tris dėžutes:

1) Automatai

2) Relės

3) Silpnos srovės (tv antena, Telia keitiklis, maitinimo blokai, "avietė" ir t.t.)

Tarp visų trijų dėžių yra "tuneliukai" nuo vienos prie kitos tam, kad laisvai galėčiau prakišti laidus, atsiradus poreikiui.

Nemažas uždavinys buvo susitvarkyti su šusnimi laidų, kurie atkeliauja iš kiekvieno jungtuko. Teko paieškoti, interneto platybėse, kaip teisingai sukomutuoti kiekviena gyslą UPT laido, ir tam panaudojau specialius laidų jungimo terminalus, kurie gražiai susimontuoja ant DIN bėgelių. Prie vieno terminalo galima prijungti 3 gyslas. To dažnu atveju ir pakakdavo, o likusias laido gyslas tiesiog užslėpiau.

Kokias funkcijas ir kokius įrenginius šiuo metu esu prijungęs prie sistemos?

1) Rekuperatorius. Namuose sumontuotas įrenginys turi Modbus TCP sąsają, tad jo pajungimas buvo daugiau nei paprastas. 

2) Kiemo vartai. Telefonu valdau atidarymą/uždarymą

3) Signalizacija. Pagal namų judesio daviklius jungiu/išjungiu šviesą nakties metu.

4) Vejos laistymas. Pagal laikmatį įjungiu/išjungiu laistymą.

5) Šviesos. Visas namo šviesas valdome per telefoną. Smagu kai atsigulęs į lovą supranti, kad kažkur palikai šviesą ir vieno mygtuko paspaudimu užmigdai namą. Taip pat pagal saulės tekėjimo laiką esu sukonfigūravęs lauko apšvietimą, kad automatiškai įsijungtų/išsijungtų. Dar tokią, idomesnę situaciją turėjome namuose, kai praeitą savaitę sūnus (2m) sugalvojo kad 22val jam dar ne laikas miegot ir tiesiog pagauldytas į lovą, lipa lauk iš jos, eina į kitus kambarius, jungia šviesą ir tūsinasi. Tečiui trūko kantrybė, prisėdo prie PC ir sukonfigūvo funkciją "Jungiklių atjungimas", Ka daro ši funkcija? Ogi tik tiek, kad kai aktyvuojama ši funkcija, name šviesas galima valdyti tik telefono pagalba. Tad sūnus išlipęs iš lovos, pamėginęs porą kartų įjungti šviesą, grįžta atgal į lovą ir ramiai užmiega. Case Closed :)

Kas toliau?

1) Šildymo valdymas. 

Šiuo metu namuose yra sumontuotas dujinis katilas kurio valdiklis yra išvestas į svetainę ir pagal jo parodymus katilas sprendžia, kada įjungti/išjungti grindinį šildymą. Kaip bebūtų paradoksalu, man to pilnai ir užtenka, nes sąskaitos už šildymą yra iš ties mažos ir didelio poreikio valdyti papildomai katilą kaip ir neturiu, bet kažkodėl viduj baisiai to noriu :) Kad tą padaryti, reiktų pirkti kolektoriaus valdiklį, montuoti termo galvas, kambario termostatnius daviklius ir sąmata gautųsi tokia, kuri neatsipirktų ir per 10 metų :) Būtų aišku variantas, jungti sistemą tiesiai prie katilo per Modbus protokolą, nes katilas tokį kaip ir palaiko, bet ši jungtis yra jau užimta, nes prie jos yra prijungtas kambario daviklis. tad variantus kaip suprantu turiu šiuos. 

a) Atjungti kambario daviklį ir perimti pilną katilo valdymą į savo rankas (Šito varianto labai nenorėčiau)

b) Yra rinkoj gateway'ų perkuriuos galima sujungti daugiau nei viena Modbus masterį, bet patirties su tuo neturiu...

c) per zigbee protokolą esu pajungęs kelete pigių Xiaomi temperatūros daviklių, kurie galėtų atstoti brangius kambario termostatinius daviklius, o galvas galėčiau tiesiog pats valdyti relių pagalba. Bet kažkodėl šio varianto labai nenoriu. Aš į visą namo automatizaciją žiūriu daugiau kaip į "centriuką" kuris apjungia skirtingas sistemas ir baisiai nenoriu "priburti" kažkokių nestandartinių sprendimų, kurie tarkime, ateities šeimininkams (jei kada sugalvotume parduoti namus) taptų papildomu galvos skausmu. 

d) Turbūt yra ir kitų variantų, kurių dar nežinau :) jei kas turit įdėjų - labai lauksiu :)

2) Akvariumo vandens valdymas

3) Kameros

4) Įdėjos kurios dar aus į galvą :)

Tam kartui tiek.

Namo smegenys

Nuo pat pirmos minutės žinojau (ir žmoną sugebėjau įtikinti), kad būtų smagu, jei namas būtų šiek iek išmanesnis. Praeitą pavasarį lankiausi JAV, iš kur ir parsivežiau savo pirmąjį Raspberry PI. Nuo to viskas ir prasidėjo :) Iš kiniečių parsisiunčiau visokių daviklių, relyčių, su kuriomis ir pradėjau savo eksperimentus.

Ilgai netrukęs sugebėjau visą tai sujungti: davikliai rodė temperatūrą/drėgmę, jungikliai valdė relytes, o jų pagalba junginėjau diodus (apšvietimą). Kad sistema, būtų lengvai valdoma, suprogramavau ir pagrindinį "variklį", kuriam galima paduoti konfigūracinį failą, o jame galime suvesti jungiklių/apšvietimų grupes, sudėti daviklius ir be papildomų programavimo žinių susimodeliuoti visas tave dominančias zonas pagal namo patalpas. Papildomai, ant raspberry pakūriau web servisą, per kurį visą tai galėjau valdyti  ir iš telefono. Viskas lyg ir fun, tačiau pats Raspberry Pi turi ~20 įėjimų/išėjimų, kurie gali būti panaudoti apšvietimui, jungikliams, davikliams ir pan...O to pilnam namo valdymui yra "way too little". Bet čia problemų kaip ir nėra, nes Raspberry palaiko I2C protokolą, kurio pagalba galime prijungti papildomus 128 įėjimus/išėjimus, panaudojant MCP23017 Microchip'us. Tą pačią dieną, nulekiau į Lemorą, nusipirkau keletą jų ir puoliau jungt :) Be didesnių problemų pavyko viską sujungti ir vietoj 20 kanalų, jau turėjau ~60. Supratau, kad nusipirkęs reikiamą kiekį Microchipų, be didesnių problemų galėsiu patenkinti visą namo poreikį.  Tačiau, susidūriau su problema, kad jie palaiko ganėtinai mažas sroves, ir sujungus visas relytes, pastarieji turbūt neatlaikytų (neslėpsiu, nesu didelis elektronikos specas)..Pradėjau sukt galvą ir ieškot sprendimo variantų. Vėlgi visagalis internetas pasitarnavo ir radau „Darlington chip ULN2803a“, kuris iš esmės spręstų ne tik didesnių srovių problemą, bet ir leistų jungti daviklius/prietaisus, kurie dirba su aukštesnėmis įtampomis. O to, man kaip tik ir reikėjo, nes relytes kurias planuoju jungti, turėtų būti "užmaitinamos" 12v, o iš MCP23017 aš turiu viso labo 5v. Aišku, yra relyčių kurioms užtenka ir 5v, tačiau dažniau paplitusios būtent 12v.

Kuo toliau i mišką tuo daugiau medžių. Visas sprendimas po truputi darėsi vis komplikuotesnis :) Raspberry maitinimas 5v, raspberry input/output 3.3v, relytės ir kiti prietaisai 12v..Visai sistemai Reikia dviejų maitinimo šaltinių 5v ir 12v. Bet kaip bebūtų keista, viską pavyko sujungti ir paleisti, tačiau pats "vaizdelis" mane mažai tenkino. Dėl programinės įrangos ir pačio Raspberry'io buvau ramus, nes programavimas yra mano kasdienybė, kiek kitaip buvo dėl likusios dalies. Visus šiuos testus dariau ant maketavimui skirtų plokštelių, jungdamas skirtingus komponentus laideliais. Atėjo laikas viską mėginti sudelioti į vietas ir sulituoti :) Lituot moku - problemų nėra, tačiau kaip teisingai viską suprojektuoti ir sudelioti ant PCB plokštelės buvo pakankamai didelis iššūkis. Tada pradėjau sukti galvą, o gal internete rasčiau "pusgaminių". Radau. Tiek MCP23017 board'ą su 128 kanalais, tiek uln2803a chipų "plokšteles".

Tarkime, raspberry turiu, programinę įrangą turiu (kiek reikės papildomai - susiprogramuosiu), mikroschemų plokšteles nusipirkčiau, tačiau kaip visą tai gražiai sujungti? Mintis buvo viską montuoti ant DIN bėgelių, tačiau kad tą padaryti, reiktų pirkti tiek Raspberry'iui kažkokią dėžutę (~10eur), tiek mikroschemoms reiktų ieškot kažko tinkamo...Pradėjau galvot, ar VERTA? Visą tai sumontavus, reikės ir mob aplikacijos ir WEB aplikacijos, kad visus prietaisus galėčiau valdyti internetu. Problemų nėra, viską galiu pats, bet viso to suprogramavimas užimtų mėnesį-kitą.

Šiandien atsakymą jau turiu - neverta :) Jei ir paleisčiau sistemą sėkmingai, aš būčiau vienintelis kuris ją žino. Esant bent menkiausiam gedimui, kitam žmogui įsigilinti į visą sprendimą galėtų būti per daug sudėtinga. O jei kada sugalvotume namą parduoti, kaip į tokį sprendimą pažiūrėtų pirkėjai? Tad visos mano pastangos ir liks tik pastangomis..:) Bet sukauptos žinios niekur nedings :)

Pradėjau ieškoti jau pagamintų valdiklių, kurie tenkintų mūsų poreikius. Pradžioj akis užkliuvo už kito bloger'io post'o http://www.livinprojects.lt/elektros-instaliacija-protingas-namas/, tačiau nuodugniau pasidomėjus, šį sprendimą atmečiau. Priežastys buvo paprastos. Valdikliai yra gan primityvūs, mobili aplikacija ar tai web prieiga, kažkokia yra, bet ir ta labai primityvi. Valdikliai neturi net elementaraus laiko pakeitimo galimybės. Laikas lenkiškas :) Pagrindinis valdiklis turi apribojimą, kiek papildomų input/output priedelių galima prijungti, tad mano namui reiktų pirkti minimum du valdiklius ir galutiame rezultate kaina gautųsi nemaža. Vystymas šio produkto taip pat abejotinas.

Tada nutariau pasikonsultuoti su kolega, kurio name jau įdiegta panaši sistema. Jis pasirinko openrb.com produkciją,  ties kuria šiai dienai esu apsistojęs ir pats. Ji palaiko visus pagrindinius protokolus (KNX, 1-wire ir t.t.), turi tiek web tiek mob programas, turi geras administravimo priegas. Yra galimybė sudelioti viso namo patalpų vizualizaciją, su visais įrenginiais ir t.t. Tad dabar rezgu mintį, kad prie šių valdiklių aš be didesnių problemų galėsiu prijungti  irsavo Raspberry'į, kad bet kada galėčiau įgyvendinti kažkokius nestandartinius sprendimus.

Numatomos funkcijos:

1) Apšvietimo valdymas.

               A) Bet kuris jungtukas galės būti suprogramuojamas bet kuriai šviesų grupei.

               b) Galimybė apšvietimą valdyti telefonu, ar WEB prieiga.

               c) Galimybė double-click paspaudimu, užmigdyti namą. Eini miegot, paspaudi atitinkamą jungiklį ir visas namas užmiega.

               d) Šviesų junginėjimas imituojant veiksmą namuose. Išvyksti atostogoms, užprogramuoji, kad šviesos atsitiktine tvarka kambariuose įsijungtų/išsijungtų, sudarant įspūdį, kad namuose verda veiksmas :)

               e) Apšvietimo konfigūravimas pagal timerius. Pvz: Akvariumui, lauko apšvietimui

2) Temperatūros bei dregmės stebėjimas. Jei pavyks, bandysiu šiuos duomenis panaudoti šildymo/vėdinimo kontrolei.

3) Audio sistemos valdymas: Pirties zonoje, svetainėje.

4) Žolės laistymas. Čia manau pasitarnaus ir raspberis :) Dažnai laistymo sistemos turi lietaus daviklius. Ateina laikas laistyti - įsijungia, jei pradeda lyti lietus - išsijungia. Klausimas, kam pradėti laistyti žolę, jei yra galimybė pasitikrint orų prognozę ir net nepradėti laistymo? :)

5) Signalizacija. Iš tikro šiuo klausimu dar nepasidomėjau, tad ar pavyks ją prijungti prie sistemos nesu tikras.

6) Daug daug kitų funkcijų, kurios, man kaip  žmogui iš IT pasaulio, gali būt smagios :)

Sistemos minusai:

1) Kaina. Pati sistema manau kainuos ~1500eur. + šiek tiek daugiau laidų reikės, nes nuo kiekvieno šviestuvo turės būti nuvestas laidas iki centralės, taip pat ir nuo jungtukų.

2) Patikimumas. Kuo daugiau elektronikos, tikėtinai ir daugiau problemų :)

Kiek visko pavyks įgyvendinti, dar nesu garantuotas, nes dar net pamatai neišlieti :), bet esu linkęs kiek galima daugiau visko suplanuoti dar statyboms neprasidėjus, nes jų metu dažnai ir taip laisvo laiko beveik nebūna.

P.S. šiuo metu rasberry esamuose namuose sėkmingai naudoju, kaip pridėlį prie TV (ale media centras) . Tv ganėtinai senas, nėra galimybės jo prijungti prie interneto, tad čia sėkmingai pasitarnavo raspberry pi. Suinstaliavau http://openelec.tv/ ir dabar turiu galimybę tiek muziką tiek video streaminti per internetą. Visas valdymas vyksta telefono pagalba.