Система домашней автоматизации на основе доступных по цене электронных компонентов — реально ли?
Пожалуй, одним из наиболее существенных факторов, не позволяющих рынку систем домашней автоматизации достичь впечатляющих показателей роста, является стоимость решений. Причем это наблюдается, даже если рассматривать именно DIY продукты, а не профессиональные варианты на базе KNX и других технологий, которые дополнительно требуют проектов, инсталляторов, своей проводки, контракта на сопровождение и других затрат.
Вполне возможно, что это объясняется тем, что производители данных продуктов по многочисленным аналитическим отчетам видят высокий интерес к этому сегменту и на этапе роста стараются обеспечить себе финансовую поддержку для инвестиций в разработку, а также хотят «снять сливки» с тех потребителей, которые рассматривают их как альтернативу традиционным, обычно более дорогим, решениям.
Одновременно с этим на рынке мы можем наблюдать появление новых стандартов и протоколов для систем автоматизации, а также попытки адаптации существующих (например, DECT и Bluetooth) к данной задаче. Все больше центральных узлов — контроллеров заявляют в своих характеристиках мультиплатформенность и мультипротокольность. К сожалению, обеспечить на практике реальную и удобную работу «из коробки» со всем присутствующим на рынке оборудованием практически невозможно. Так что с определенной точки зрения развитие ситуации не внушает оптимизма — цены на сертифицированное и лицензируемое оборудование остаются высокими, а распространение «безымянных» продуктов сдерживается их сомнительными потребительскими характеристиками и совместимостью. Привычное «а можно все купить в поднебесной за три рубля» здесь работает уже не так эффективно.
Однако пользователи, которые хотят и могут что-то делать своими собственными руками, все-таки могут найти применение своим умениям. Главное, в этом случае, получать удовольствие от процесса, не забывая отдавать себе отчет, что «хорошо, быстро и дешево» одновременно все равно не получится, но сделать можно все, что угодно. Для примера обратим внимание на два момента. Первое замечание касается качественных точных датчиков (без обвязки) — часто они стоят приличных денег даже «у них», не говоря уже о совершенно безумных ценах в некоторых отечественных магазинах. Второй вопрос, на который стоит ответить, — насколько полной должна быть система. Один-два исполнительных устройства или датчика могут быть и незаметны для семейного бюджета, а вот обеспечить полный контроль за трехкомнатной квартирой уже влетит в копеечку.
Не менее важно и понимать в чем заключается цель всей затеи, кроме как занять голову и руки. Часто встречается мнение, что «умный дом» должен работать так, что это не будет заметно. В реальности обеспечить рекламируемые функции экономии энергоресурсов или интеллектуальное обеспечение комфортной обстановки не так уж и просто. Определение алгоритмов взаимодействия элементов системы является очень интересной задачей, заслуживающей отдельной публикации, так что касаться этой темы мы здесь не будем.
Для начала стоит попробовать оценить и посчитать, какие есть варианты с точки зрения остальных элементов системы. Поскольку мы говорим о DIY и снижении затрат, то смотреть в сторону того же Z-Wave стоит только в исключительных случаях. Да, датчики и исполнительные устройства от того же Fibaro впечатляют своими возможностями и компактными размерами, однако их стоимость достаточно велика. Так что в данном случае лучше ориентироваться на более привычные варианты коммуникаций, например Ethernet и Wi-Fi. В качестве альтернативы и для простых обменов данными можно воспользоваться RS-485, радиоканалом в диапазоне 433 МГц и 1-Wire. Кстати, если на этапе ремонта вы вывели весь свет и другие нагрузки индивидуальными кабелями в электрощиток, это позволит существенно снизить затраты на исполнительные устройства управления ими.
В таких условиях наиболее простым для освоения выбором для контроллера будет микрокомпьютер на базе платформы x86 с операционной системой Linux или даже Windows. Если вам привычна работа с текстовой консолью и не пугает использование отличной от x86 архитектуры, то можно остановиться и на популярной Raspberry Pi. Еще один вариант — добавить эту функцию на домашний роутер или сетевой накопитель, которые работают постоянно. Кстати, баланс между «сделать самому» и «взять готовое» очень тонкий и в программировании это проявляется наиболее ярко. По большому счету, вполне реально написать собственную программу-контроллер с нуля хоть на ассемблере, но будет ли это интересно — большой вопрос. Тем более, что существует множество проектов, в том числе и с открытым исходным кодом, для решения данной задачи, например openHAB, Home Assistant и MajorDoMo. При этом открытость платформ практически исключает ограничения на реализацию требуемых алгоритмов работы.
Здесь также стоит упомянуть необходимость решения вопросов надежной связи устройства с сетью Интернет, удаленного доступа, безопасности, дублирующих систем отправки уведомлений. Наиболее распространенными вариантами технологий здесь будут работа через сотовые сети, использование SMS напрямую или через внешние сервисы и VPN.
Для датчиков и исполнительных устройств есть аналогичная дилемма — брать готовые или собирать самостоятельно. Правда здесь дополнительно участвуют и другие факторы, в том числе стоимость, размеры, технические характеристики, дизайн и другие. Но наиболее существенным будет уровень подготовки пользователя к работе с электроникой. При необходимости в сети можно найти сотни готовых примеров и проектов, так что вопрос только в требованиях к реализации и наличии опыта решения таких задач.
В качестве примеров платформ стоит вспомнить про многочисленные Arduino и их клоны, а также проект NodeMCU и другие решения на модуле ESP8266. Последние интересны тем, что уже имеют встроенный контроллер Wi-Fi. При необходимости сделать что-то более компактное или более доступное, можно воспользоваться и просто чипами контроллеров от Atmel, Microchip и STMicroelectronics. Что касается самих сенсоров, то здесь выбор очень велик — от простейших аналоговых вариантов до современных многофункциональных датчиков с цифровыми интерфейсами. Для управления нагрузкой традиционно используются механические или твердотельные реле, а также специальные схемы, если нужно димирование. Отметим, что здесь можно реализовать и уникальные решения, недоступные или очень дорогие в готовом варианте. Например, бегущую дорожку при подсветке ступеней лестницы.
Из наиболее заметных минусов самостоятельно изготовленных устройств по сравнению с готовыми, если смотреть на технические характеристики, можно назвать часто более крупные размеры, сложности при реализации длительной работы от батарей (включая контроль за их состоянием), а также необходимость создания прошивок и разработки программных интерфейсов.
Отдельно отметим вопрос надежности работы системы, непосредственно касающийся комфорта работы с ней и реализации некоторых критических функций, включая управление подачей электричества и воды. Производители многих коммерческих решений отмечают использование в своих продуктах «специальных» электронных компонент, но практика показывает, что при правильной реализации и с «обычными» моделями проблемы возникают редко. Более сложно оценить качество используемого программного обеспечения и кроме как ориентироваться на информацию от пользователей здесь предложить обычно нечего.
После того, как все элементы для первого проекта собраны, каналы коммуникации настроены, базовые алгоритмы взаимодействия запрограммированы, может возникнуть вопрос в визуальном представлении системы мониторинга и управления. Наиболее часто используемым вариантом здесь, пожалуй, является традиционный Web-интерфейс. Некоторые упомянутые выше проекты контроллеров имеют дополнительно фирменные утилиты для мобильных устройств на базе Android и iOS. Обычно они предоставляют базовые возможности управления, могут не поддерживать все разнообразие ваших устройств, а также редко когда позволяют гибко изменять внешний вид панелей.
Конечно, сложно назвать требование красивого и удобного дизайна обязательным для рассматриваемых решений, ориентированных на DIY и доступный сегмент, но все-таки иногда хочется придать своей разработке эффектный и законченный вид. Тем более, что сама «кухня» в данном случае обычно скрыта от глаз. Если вы не готовы писать собственное приложение для решения этой задачи, то можно использовать сторонние продукты, одним из ведущих среди которых сегодня является iRidium Mobile. Отметим, что это коммерческий продукт и его стоимость для конечного пользователя с требуемым в данном случае драйвером составляет 10 000 рублей, что дороговато для такого типа инсталляций, но придаст ей профессиональный и законченный вид. Однако есть возможность бесплатно познакомиться со всеми его возможностями благодаря лицензиям с ограниченным сроком действия, а опыт работы с системой может пригодиться и в собственной коммерческой деятельности.
Для нашей задачи программа интересна тем, что имеет клиентов для Android, iOS, OS X и Windows, позволяет максимально гибко создавать дизайн панелей управления (в том числе и на базе готовых примеров), требует минимального обучения, позволяет использовать JS для программирования встроенных алгоритмов, имеет готовый драйвер AV & Custom Systems для взаимодействия с устройствами по протоколу TCP/IP, а также большой набор дополнительных модулей для различного оборудования, включая работу с мультимедиа.
Резюмируя данный материал, еще раз повторим основную идею — сделать можно все. Основной вопрос будет в выборе подходящего именно вам баланса между «заказать готовое решение» и «сделать все самому». При этом можно отметить в нем несколько отдельных направлений, соответствующих элементам системы — контроллер, программное обеспечение, алгоритмы взаимодействия, протоколы и среда коммуникаций, датчики и исполнительные устройства, интерфейсы управления. Исключать возможность наличия всех необходимых знаний и опыта для реализации проекта у одного человека, конечно, не стоит. Однако более реальными представляется ситуация, когда вы можете выбрать наиболее интересные для вас темы для самостоятельной реализации и взять готовые решения для других. Что касается стоимости, то адекватно оценить затраты собственного времени, включая некоторую «компенсацию» за интересное занятие, невозможно. Если же говорить про оборудование, то оценка только «по железу» редко бывает точна. Стоит заранее продумать бюджет и ориентироваться на постепенный рост масштабов системы.
