Použití Raspberry Pi pro domácí automatizaci

Asi před dvěma lety vydala nadace Raspberry Pi poměrně zajímavé zařízení - jednodeskový počítač, jehož velikost je o něco větší než bankovní plastová karta za velmi atraktivní cenu. Novinka okamžitě získala obrovskou popularitu, řada předobjednávek se na ní natahovala několik měsíců.

Raspberry Pi byl představen ve dvou úrovních výbavy: model „A“ a model „B“. Obě verze jsou vybaveny procesorem Broadcom BCM2835 ARM11 s taktovací frekvencí 700 MHz a 256 MB / 512 MB RAM modulem. Model "A" je vybaven jedním portem USB 2.0, model "B" - se dvěma. Model „B“ má ethernetový port. Procesor BCM2835 obsahuje také grafické jádro. Video výstup se provádí prostřednictvím kompozitního konektoru RCA nebo prostřednictvím digitálního rozhraní HDMI.

Souborový systém, obraz jádra a uživatelské soubory jsou umístěny na paměťové kartě SD, MMC nebo SDIO. Nejatraktivnější vlastností Raspberry Pi je nízká spotřeba energie (5V / 700mA), přítomnost vstupních / výstupních portů GPIO s rozhraními I2C, SPI, UART a schopnost vzdáleně pracovat přes Ethernet.

V současné době je vydáván pouze model „B“ s podporou 512 MB paměti RAM a Ethernet. Kromě toho se objevila nová verze na prodej, která se liší od předchozího modelu „B“ v kompaktnějším uspořádání komponent, přítomnosti 4 portů USB, zvýšení počtu portů GPIO I / O a absence kompozitního video výstupu. Vzhled modelu "B" a nového modelu počítače Raspberry Pi je znázorněn na Obr. 1

Obr. 1

Proč mohu takové zařízení používat? Nejprve je třeba poznamenat, že Raspberry Pi je sice moc silný, ale zároveň docela plnohodnotný počítač. Připojením monitoru, klávesnice, myši a instalací jakékoli distribuční sady operačního systému Linux lze tento počítač použít jako stolní počítač pro řešení úkolů, které nevyžadují výkonné výpočetní prostředky.

Raspberry Pi je docela vhodný pro použití jako domácí mediální server, úložný server, mozek robota nebo stroje, domácí automatizační server (nebo tzv. „chytrý dům“).

Vzhled Raspberry Pi okamžitě způsobil rozruch kolem tohoto zařízení. Když se vášně trochu uklidnily a on se objevil při bezplatném prodeji za přiměřenou cenu, rozhodl jsem se tento minipočítač lépe poznat. Pro mě byl Raspberry Pi primárně zajímavý z hlediska jeho použití v domácím automatizačním systému, jehož myšlenka byla „zralá“ po dlouhou dobu a vyžadovala praktickou implementaci.

Používám termín „domácí automatizace“, protože se mi moc nelíbí výraz „inteligentní dům“. Ne, s termínem „inteligentní dům“ není nic špatného, ​​ale v poslední době byl tento koncept velmi zvrácený.

Inteligentní dům je komplexní „víceobvodový“ systém, který kromě provádění různých scénářů zadaných uživatelem může provádět různá rozhodnutí v závislosti na konkrétní mimořádné situaci. Jinými slovy, jde o systém „myšlení“ (samozřejmě na strojové úrovni). A v poslední době jsem nazval něco „chytrým domovem“ - například GSM alarm, čidlo úniku vody, ovládání světla pomocí senzorů pohybu atd. Ano, jsou to všechny samostatné součásti inteligentního domu, ale nikoli inteligentní dům jako celek.

Budeme tedy uvažovat o struktuře budování systému domácí automatizace pomocí Raspberry Pi (obr. 2).

Obr. 2Struktura budování domácího automatizačního systému pomocí Raspberry Pi (kliknutím obrázek zvětšíte)

Domácí automatizační systém se skládá z centrálního serveru propojeného přes rozhraní RS485 s řadiči instalovanými v každé místnosti, a následně jsou k ovladačům připojena různá řídicí, monitorovací, regulační a ochranná zařízení.

Výhoda takové síťové architektury spočívá v tom, že není nutné stahovat vodiče z každého zařízení na server, ale raději připojit řadiče, ke kterým jsou připojeny, pomocí jednoho kabelu UTP - jeden pár vodičů se používá pro rozhraní RS485 a zbývající páry se používají k napájení kontrolérů a senzory. Logika práce je navíc koncipována tak, aby selhání jakéhokoli řadiče nebo dokonce centrálního serveru nemělo ovlivnit výkon zbytku systému.

Raspberry Pi se používá jako centrální server systému domácí automatizace. Je na něm nainstalován webový server, pomocí kterého může uživatel z jakéhokoli komunikačního zařízení (smartphone, notebook, tablet) prostřednictvím prohlížeče přijímat informace o všech procesech probíhajících v domě a podle toho je spravovat. Přístup na webový server zadáním přihlašovacího jména a hesla lze získat jak z domácí místní sítě, tak z Internetu přes Wi-Fi router.

Sériový port UART Raspberry Pi prostřednictvím odpovídajícího zařízení přes rozhraní RS485 propojuje ovladače s jinou sadou vstupů / výstupů. Kromě toho může být GSM modem připojen k RS485 pro přístup do systému přes celulární nebo pevnou telefonní síť v případě, že v místě, kde se uživatel nachází, neexistuje způsob, jak získat přístup k internetu. Přístup do systému je v tomto případě také proveden zadáním hesla.

Dalším zařízením v síti RS485 je rádiový modul. Jeho účelem je navázat na obecný automatizační systém všech rádiových senzorů a rádiových dálkových ovladačů.

V současné době byla vyvinuta první verze systému domácí automatizace využívající Raspberry Pi. Kromě centrálního serveru obsahuje několik typů řadičů, které mají rozhraní RS485 pro komunikaci se serverem:

• Osmikanálový regulátor teploty a vlhkosti. Regulátor umožňuje shromažďovat údaje o teplotě a vlhkosti z jednoho senzoru DHT22 a sedmi senzorů DHT11;

• Čtyřkanálový regulátor teploty (termostat). Regulátor může ovládat 4 zátěže jak v ručním režimu, tak podle nastavených teplotních parametrů. Zadávání hodnot teploty je možné přímo na ovladači nebo vzdáleně přes webové rozhraní. Režimy přímého a zpětného ovládání kanálů umožňují použít regulátor pro řízení vytápění i chlazení;

• Rádiový modul se používá k emulaci dálkových ovladačů a shromažďování informací z rádiových senzorů. Umožňuje emulovat až 5 dálkových ovladačů a přijímat data z 10 rádiových senzorů;

• Univerzální ovladač. Má 4 nezávislé vstupy a výstupy a dva vstupy pro připojení snímačů teploty a vlhkosti DHT11 a DHT22.

Najdete zde také odkazy na popis instalace softwaru pro Raspberry Pi, jakož i na materiály, které popisují výrobní technologii kontrolérů, které byly popsány výše. Chtěl bych poznamenat, že tento projekt je zcela neziskový, s otevřenými zdroji pro obvodová a softwarová řešení as technickou podporou na fóru.

Michail Tikhonchuk

31.10.2014

Viz také toto téma:Rozdíly mezi deskami Orange pi a Raspberry pi, co koupit?