Χρησιμοποιώντας το Raspberry Pi για οικιακή αυτοματοποίηση

Περίπου πριν από δύο χρόνια, το Ίδρυμα Raspberry Pi ξεκίνησε μια αρκετά ενδιαφέρουσα συσκευή - έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή με ένα μόνο μέγεθος, το μέγεθος του οποίου είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από μια τραπεζική πλαστική κάρτα σε πολύ ελκυστική τιμή. Η καινοτομία αμέσως κέρδισε τεράστια δημοτικότητα, η σειρά των προ-παραγγελιών για αυτό τεντωμένο για αρκετούς μήνες.

Το Raspberry Pi παρουσιάστηκε σε δύο επίπεδα: μοντέλο "Α" και μοντέλο "Β". Και οι δύο εκδόσεις είναι εξοπλισμένες με επεξεργαστή Broadcom BCM2835 ARM11 με συχνότητα ρολογιού 700 MHz και μονάδα RAM 256 MB / 512 MB. Το μοντέλο "A" είναι εξοπλισμένο με μία θύρα USB 2.0, μοντέλο "B" - με δύο. Το μοντέλο "B" διαθέτει θύρα Ethernet. Ο επεξεργαστής BCM2835 περιλαμβάνει επίσης έναν πυρήνα γραφικών. Η έξοδος βίντεο γίνεται μέσω μιας σύνθετης υποδοχής RCA ή μέσω μιας ψηφιακής διασύνδεσης HDMI.

Το σύστημα αρχείων, η εικόνα πυρήνα και τα αρχεία χρηστών βρίσκονται σε μια κάρτα μνήμης SD, MMC ή SDIO. Το πιο ελκυστικό χαρακτηριστικό του Raspberry Pi είναι η χαμηλή κατανάλωση ρεύματος (5V / 700mA), η παρουσία θυρών GPIO I / O με διεπαφές I2C, SPI, UART, καθώς και η δυνατότητα να λειτουργούν εξ αποστάσεως μέσω Ethernet.

Επί του παρόντος, μόνο το μοντέλο "B" κυκλοφορεί με υποστήριξη 512 MB RAM και Ethernet. Επιπλέον, κυκλοφόρησε μια νέα έκδοση, η οποία διαφέρει από το προηγούμενο μοντέλο "B" σε μια πιο συμπαγή διάταξη εξαρτημάτων, την παρουσία 4 θυρών USB, την αύξηση του αριθμού των θυρών εισόδου / εξόδου GPIO και την απουσία σύνθετου video output. Η εμφάνιση του μοντέλου "Β" και του νέου μοντέλου του υπολογιστή Raspberry Pi φαίνεται στο Σχ. 1

Το Σχ. 1

Γιατί μπορώ να χρησιμοποιήσω μια τέτοια συσκευή; Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να σημειωθεί ότι το Raspberry Pi είναι, αν και όχι πολύ ισχυρό, αλλά ταυτόχρονα ένας πλήρης υπολογιστής. Συνδέοντας μια οθόνη, πληκτρολόγιο, ποντίκι σε αυτήν και εγκαθιστώντας οποιοδήποτε κιτ διανομής του λειτουργικού συστήματος Linux, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως επιτραπέζιος υπολογιστής για την επίλυση εργασιών που δεν απαιτούν ισχυρούς υπολογιστικούς πόρους.

Το Raspberry Pi είναι αρκετά κατάλληλο για χρήση ως διακομιστής οικιακών μέσων, διακομιστής αποθήκευσης, εγκεφάλου ρομπότ ή μηχάνημα, διακομιστής οικιακού αυτοματισμού (ή το λεγόμενο "έξυπνο σπίτι").

Η εμφάνιση του Raspberry Pi αμέσως προκάλεσε ανάδευση γύρω από αυτή τη συσκευή. Όταν τα πάθη εξασθένησαν λίγο, και εμφανίστηκε στην ελεύθερη πώληση με το κατάλληλο κόστος, αποφάσισα να γνωρίσω καλύτερα αυτό το μικροϋπολογιστή. Για μένα, το Raspberry Pi ήταν κατά κύριο λόγο ενδιαφέρον από την άποψη της χρήσης του σε ένα σύστημα αυτοματισμού στο σπίτι, η ιδέα του οποίου ήταν "ώριμη" για μεγάλο χρονικό διάστημα και απαιτούσε πρακτική εφαρμογή.

Χρησιμοποιώ τον όρο "αυτοματισμού στο σπίτι" επειδή δεν μου αρέσει η έκφραση "έξυπνο σπίτι". Όχι, δεν υπάρχει τίποτα λανθασμένο με τον όρο "έξυπνο σπίτι", αλλά πρόσφατα αυτή η έννοια ήταν πολύ διαστρεβλωμένη.

Ένα έξυπνο σπίτι είναι ένα σύνθετο σύστημα "πολλαπλών κυκλωμάτων", το οποίο, εκτός από την εκτέλεση διαφορετικών σεναρίων που καθορίζει ο χρήστης, μπορεί να λαμβάνει διάφορες αποφάσεις ανάλογα με μια συγκεκριμένη κατάσταση έκτακτης ανάγκης. Με άλλα λόγια, είναι ένα σύστημα σκέψης (φυσικά, σε επίπεδο μηχανής). Και πρόσφατα έχω καλέσει οτιδήποτε "έξυπνο σπίτι" - για παράδειγμα, GSM συναγερμός, αισθητήρας διαρροής νερού, έλεγχος φωτισμού από αισθητήρες κίνησης κ.λπ. Ναι, αυτά είναι όλα ξεχωριστά συστατικά ενός έξυπνου σπιτιού, αλλά όχι ένα έξυπνο σπίτι στο σύνολό του.

Έτσι, θα εξετάσουμε τη δομή της κατασκευής ενός συστήματος οικιακού αυτοματισμού χρησιμοποιώντας το Raspberry Pi (Εικ. 2).

Το Σχ. 2Δομή κατασκευής συστήματος οικιακού αυτοματισμού με χρήση Raspberry Pi (κάντε κλικ στην εικόνα για μεγέθυνση)

Το σύστημα αυτοματισμού του σπιτιού αποτελείται από κεντρικό εξυπηρετητή συνδεδεμένο μέσω διασύνδεσης RS485 με ελεγκτές εγκατεστημένους σε κάθε δωμάτιο και με τη σειρά του συνδέονται με τους ελεγκτές διάφορες συσκευές ελέγχου, παρακολούθησης, ρύθμισης και προστασίας.

Το πλεονέκτημα μιας τέτοιας αρχιτεκτονικής δικτύου είναι ότι δεν χρειάζεται να τραβήξουμε τα καλώδια από κάθε συσκευή στο διακομιστή, αλλά να συνδέσουμε τους ελεγκτές με τους οποίους συνδέονται με ένα καλώδιο UTP - ένα ζεύγος συρμάτων των οποίων χρησιμοποιείται για τη διασύνδεση RS485 και τα υπόλοιπα ζεύγη χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία των ελεγκτών αισθητήρες. Επιπλέον, η λογική της εργασίας σχεδιάζεται έτσι ώστε η αποτυχία οποιουδήποτε ελεγκτή ή ακόμα και ενός κεντρικού διακομιστή να μην επηρεάζει την απόδοση του υπόλοιπου συστήματος.

Το Raspberry Pi χρησιμοποιείται ως κεντρικός διακομιστής του συστήματος αυτοματισμού στο σπίτι. Διαθέτει έναν διακομιστή Web εγκατεστημένο μέσω του οποίου ο χρήστης από οποιαδήποτε συσκευή επικοινωνίας (smartphone, φορητό υπολογιστή, tablet) μέσω του προγράμματος περιήγησης μπορεί να λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με όλες τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στο σπίτι και κατά συνέπεια να τις διαχειρίζεται. Η πρόσβαση στο διακομιστή Web μέσω της εισαγωγής της σύνδεσης και του κωδικού πρόσβασης μπορεί να επιτευχθεί τόσο από το τοπικό τοπικό δίκτυο όσο και από το Internet μέσω ενός δρομολογητή Wi-Fi.

Η σειριακή θύρα UART Raspberry Pi μέσω μιας συσκευής που ταιριάζει μέσω της διασύνδεσης RS485 συνδέει τους ελεγκτές με ένα διαφορετικό σύνολο εισόδων / εξόδων. Επιπλέον, ένα μόντεμ GSM μπορεί να συνδεθεί με το RS485 για πρόσβαση στο σύστημα μέσω κυψελωτού ή σταθερού τηλεφωνικού δικτύου σε περίπτωση που δεν υπάρχει κανένας τρόπος πρόσβασης στο Internet στο σημείο όπου βρίσκεται ο χρήστης. Η πρόσβαση στο σύστημα σε αυτήν την περίπτωση πραγματοποιείται επίσης με την εισαγωγή ενός κωδικού πρόσβασης.

Μια άλλη συσκευή στο δίκτυο RS485 είναι μια μονάδα ραδιοφώνου. Σκοπός του είναι να συνδεθεί με το γενικό σύστημα αυτοματισμού όλων των ασύρματων αισθητήρων και των ασύρματων τηλεχειριστηρίων.

Επί του παρόντος, αναπτύχθηκε η πρώτη έκδοση του συστήματος αυτοματισμού οικιακής χρήσης με το Raspberry Pi. Εκτός από τον κεντρικό εξυπηρετητή, περιλαμβάνει πολλούς τύπους ελεγκτών που διαθέτουν διασύνδεση RS485 για επικοινωνία με τον διακομιστή:

• Ρυθμιστής θερμοκρασίας και υγρασίας οκτώ καναλιών. Ο ελεγκτής σας επιτρέπει να συλλέγετε μετρήσεις θερμοκρασίας και υγρασίας από έναν αισθητήρα DHT22 και επτά αισθητήρες DHT11.

• Ρυθμιστής θερμοκρασίας τεσσάρων καναλιών (θερμοστάτης). Ο ελεγκτής μπορεί να ελέγξει 4 φορτία τόσο σε χειροκίνητη λειτουργία όσο και σύμφωνα με τις καθορισμένες παραμέτρους θερμοκρασίας. Οι τιμές θερμοκρασίας εισόδου είναι δυνατές είτε απευθείας στον ελεγκτή είτε απομακρυσμένα μέσω της διεπαφής ιστού. Οι τρόποι άμεσου και αντίστροφου ελέγχου καναλιών σας επιτρέπουν να χρησιμοποιείτε τον ελεγκτή τόσο για έλεγχο θέρμανσης όσο και ψύξης.

• Η μονάδα ραδιοσυχνοτήτων χρησιμοποιείται για την προσομοίωση των τηλεχειριστηρίων και τη συλλογή πληροφοριών από ραδιο-αισθητήρες. Σας δίνει τη δυνατότητα να μιμηθείτε έως και 5 τηλεχειριστήρια και να λάβετε δεδομένα από 10 ασύρματα αισθητήρια.

• Γενικός ελεγκτής. Διαθέτει 4 ανεξάρτητες εισόδους και εξόδους και δύο εισόδους για τη σύνδεση αισθητήρων θερμοκρασίας και υγρασίας DHT11 και DHT22.

Εκεί θα βρείτε επίσης συνδέσεις με την περιγραφή της εγκατάστασης λογισμικού για το Raspberry Pi, καθώς και με υλικά που περιγράφουν την τεχνολογία κατασκευής των ελεγκτών, τα οποία περιγράφηκαν παραπάνω. Θα ήθελα να σημειώσω ότι αυτό το έργο είναι εντελώς μη κερδοσκοπικό, με ανοικτές πηγές για λύσεις κυκλωμάτων και λογισμικού και με τεχνική υποστήριξη στο φόρουμ.

Μιχαήλ Τικοντσούκ

31.10.2014

Δείτε επίσης σχετικά με αυτό το θέμα:Διαφορές μεταξύ Πορτοκαλιών pi και Raspberry pi πίνακες, τι να αγοράσετε;