50% скидка на Малина Y и Малина Z
Logo Ritmix
Магазин Ritmix.ua
контактный телефон Ritmix(098) 932 14 14
заказать обратный звонок
email Ritmixinfo@ritmix.ua
адресс Ritmixул.Красноармейская 27, оф.10
Сервисный Центр
сервисный центр Ritmix(093) 932 14 14

В Вашей корзине нет товаров.

корзина ritmix.ua 0 позиций
Итого: 0.00 грн
Акция действительна с 19.02.2018 по 25.02.2018

Raspberry Pi – «мозг» умного дома

Ср, 26/08/2015 - 20:03

«Мой дом – моя крепость» - гласит известная пословица. Мы привыкли ощущать себя комфортно и в полной безопасности лишь у себя дома. Но ведь и наш дом нуждается в нашей защите. Что происходит в нем, когда мы на работе, в гостях или далеко на отдыхе? Как сделать так, чтобы дом был в полной безопасности? У нас разное материальное благосостояние. Но и владелец простенького компьютера или телевизора, и хозяин алмазов или антиквариата одинаково заинтересованы в их целостности и сохранности. К тому же, из-за сумасшедшего темпа жизни, мы очень часто делаем привычные вещи автоматически и, оказавшись в магазине или на работе, мучаемся вопросами «Выключен ли утюг?», «Закрыт ли газ?» А ведь все это наши нервы и здоровье!

Пора подумать, как сделать так, чтобы чувствовать себя комфортно не только находясь дома, но и за его пределами. Если начать детально изучать способы защиты жилья, то убедимся, что все зависит он наших доходов и желаний. Существует очень большое разнообразие сигнализационных защитных систем и разнообразных датчиков для «умного дома», но мы остановимся на использовании одноплатного компьютера Raspberry Pi.

Почему именно этот вариант? Во-первых, не очень-то хочется каждый месяц платить охранному ведомству (да и не всегда есть такая возможность).

Во-вторых, такие охранные фирмы пока что есть в наличии только в больших городах. А что делать жителям маленьких поселков?

Ищем доступное решение

Выход есть, к тому же достаточно простой. Все что вам понадобится – это быть мало-мальски хорошим программистом или иметь друга программиста.

Для начала необходимо купить нужное для вашего дома количество датчиков движения и задымленности. Один из вариантов - подключить их к вашему домашнему компьютеру через LPT порт. Однако не все современные материнские платы имеют этот порт. Да и программировать его на языках высокого уровня не так уж удобно.

Тут самое время вспомнить о USB портах и HID драйверах. Все это богатство есть в любой современной операционке. Для примера можно использовать девайс на контроллере STM32 Cortex M3. Те, кто не дружит с паяльником, могут приобрести готовую плату STM32-H103 и программатор к ней ST-Link. Программировать контроллер без опыта или без помощи опытного друга дело неблагодарное.

Но самое главное в этом решении – это идея доступа к состоянию датчиков через микроконтроллер по USB Virtual COM Port. Ядро ОС Linux включает в себя драйвера последовательного интерфейса через USB. Поэтому доступ из прикладной программы на java заключается в простом чтении и записи текстовых данных в файл. Решение элегантное, но не совсем доступное. Цена такой платы порядка 50 долларов, почти столько же стоит программатор. Для добавления в такое устройство новых функций нужно знать среду разработки микроконтроллера, библиотеки функций контроллера, схемотехнику. Хорошее решение для знающих STM32, Keil и дружащих с паяльником.

Подбираем готовое устройство

Напрашивается очевидное решение – найти готовое устройство. Но… Цены на обычные клемники с опторазвязкой стартуют от 80$. Блок для коммутации внешней нагрузки с компьютера – от 30$. Хотя любому ясно, что не может так дорого стоить копеечное китайское электромагнитное реле с «дровами» под  Windows. Существует другое, более человеческое, устройство для коммутации внешних сигналов, которое активно используют в домашних девайсах – твердотельное реле. Розничная цена на такое реле в корпусе начинается от 20$. Но нет доступных адаптеров для ввода цифровых сигналов по USB, есть только дорогие для промышленной электроники. К USB 2.0 контроллеру компьютера более одной веб-камеры, вещающей в сеть, подключить не удастся. IP камеры остаются довольно дорогими. Многовходовые DVR платы достаточно редки в продаже и для них необходим PCI порт. Те, что можно подключить через USB, имеют только один видеовход.

Доступным универсальным решением может быть NetPing/PWR-220 v2 стоимостью 112$. Geovision GV-IO USB Box 16 Inputs 16 Relay Outputs – более дорогое устройство ввода-вывода через USB - стоит 150$. Готовую 3G охранную систему можно приобрести от 120$ за пультовой блок. Существует множество охранных систем, которые рассчитаны на аппаратуру конкретной фирмы. Они рассчитаны на использование радиоканала для связи с датчиками, работают под управлением лицензионного софта и посылают СМС в случае тревоги. Но они подвержены «глушителям GSM», радиоканалов датчиков.

Что же мешает реализации массового доступного решения, основанного на открытом программном обеспечении для охраны помещений и удаленного управления электрической нагрузкой?

  1. Компьютеры не имеют нескольких контактов GPIO для получения сигналов с датчиков и вывода сигналов управления.
  2. Большие затраты на покупку компьютера и энергопотребление при постоянной его работе.
  3. Отсутствие плат для цифрового ввода/вывода сигнала с  опторазвязкой и возможностью коммутирования нагрузки переменного тока.
  4. Отсутствие дешевых USB веб-камер, или же доступной многовходовой DVR платы для охранных камер с аппаратным сжатием видеопотока.

Raspberry Pi – лучшее решение

Одноплатный компьютер Raspberry Pi

Первые две проблемы легко решаются после появления на рынке одноплатного компьютера Raspberry Pi.

Из документации следует, что плата имеет 8 GPIO. Модификация стоимостью 35$ оснащена портом Ethernet. За 15$ можно купить usb wifi адаптеры, предназначенные для работы под Debian linux. От 30$ потянет 3G модем. Для питания можно использовать USB хаб Defender Septima Light, который имеет внешний блок питания. Розничная стоимость его от 15$. Если нам вдруг понадобится микрофонный вход, вполне подойдет китайская USB аудиокарта за 7$, отлично работающая под linux. SD карта на 8Gb потянет в рознице на 10$. Корпус – простая коробка с выводами, будет стоить от 5$. Цена на внешние накопители на 500Гб стартует с 80$, но они нужны только в случае установки медиаплейера и файлокачалки. Если вдруг нам понадобится еще один ethernet адаптер, можно добавить USB-адаптер. Например, TrendNet TU-ET100C за 15$. Подбивая итоги, мы видим, что такое решение минимум в 3-4 раза дешевле нетбука.

Для программирования GPIO в linux можно использовать API на C или выполнять доступ через файловую систему

Если комплекс будет использоваться только для охраны, в качестве файл-сервера и torrent-качалки, то можно обойтись без отдельного монитора, а подключаться с ноутбука или телефона по wifi или локальной сети. При использовании в качестве домашнего медиаплеера, возможно подключение к телевизору по HDMI. При использовании в автомобиле или в качестве видеодомофона, подойдет портативный 7" монитор, например Velas VTV-720 (от 60$). Питание можно получать от прикуривателя через USB (10-15$).

Бесперебойное питание блоков датчиков и Raspberry Pi обеспечит любой ИБП, как то APC Back-UPS ES 525VA. Этот источник бесперебойного питания при стоимости в 100$ поддерживает сигнализирование об отсутствии сетевого тока, и об уровне заряда батареи посредством USB выхода в linux.

Берем в руки паяльник

Монтаж платы для дискретного ввода/вывода сигналов

Осталась проблема с платой для цифрового ввода/вывода сигналов. Но это не проблема для человека с элементарными знаниями схемотехники и владеющего паяльником. Элементарно можно собрать плату на 4 цифровых входа с опторазвязкой и 4 выхода. Пара выводов может быть использована для управления сетевой нагрузкой с помощью оптического реле для удаленного включения/выключения  домашних электроприборов. Остальные выводы по необходимости, например для включения электромагнитного клапана перекрытия газа или воды в случае утечки, либо для удаленной перезагрузки сервера. Вполне возможно, что подобные устройства китайского производства скоро массово появятся в продаже.

На вскидку, розничная стоимость деталей для такой платы с опторазвязкой внешних сигналов, с двумя управляемыми сетевыми розетками и готовым корпусом не превысит 30-35$.

Касательно датчиков для сигнализации и охранных систем, и их розничной стоимости. Датчик движения обойдется около 15$, датчик задымленности  - 15-20$, датчик утечки воды - 15-30$, утечки природного газа - 45$, датчик, реагирующий на разбитие стекла в окне - 15$, геркон, срабатывающий при открытии/закрытии двери или оконной рамы - около 1$.

Такое решение можно использовать не только для обычной квартиры, но и для охраны больших территорий. Благодаря дешевизне этих ЭВМ и оборудованию их разнообразными необходимыми интерфейсами, очень легко собирать данные и передавать сигналы управления. Единственной помехой для нормальной работы аппаратуры может быть температурный режим работы Raspberry Pi, необходимость влаго- и пылезащиты. Эта проблема легко решается помещением аппаратуры в герметический корпус с подогревом и термодатчиком.

Если вам мешают провода устройств, датчиков и исполнительных механизмов - от них можно легко избавиться. Правда система будет менее защищенной. Можно, например, использовать микроконтроллер с встроенным Zegbee приемопередатчиком. Таких устройств на китайском рынке огромное количество.

Для программного сжатия видеосигнала от нескольких веб-камер мощности устройства явно недостаточно. Если же IP камеры станут более доступными, то устройство вполне сможет записывать и передавать компрессированное видео.

Возможно программно организовать передачу сигналов о срабатывании датчиков по любому каналу: SMS, проводному интернету, 3G, WiFi. Несложно создать веб-ресурс, позволяющий получать доступ к охранной системе, камерам и розеткам. Если же подсоединиться к системе невозможно – это тоже сигнал тревоги. Можно получать оповещения любым существующим способом.

Таким образом, простая доступная универсальная ЭВМ Raspberry Pi с linux, входящая в комплект Малина Z, может быть использована для охраны квартиры, управления умным домом совместно  с другими полезными функциями.

Google

Отправить комментарий

Содержимое этого поля является приватным и не будет отображаться публично.
CAPTCHA
Антиспам! Соберите картинку, как показано в правом верхнем углу: