Умная комната, которая помогает в работе
Давно замечено, что биоритмы человека сильно привязаны к свету и солнечному циклу. А сам свет может как помогать в жизни и работе, так и сильно утомлять, если неправильно подобрать источники света: тут важны яркость, цветовая температура, мерцание…
Но сегодня я хочу поговорить не об этом, а о том как мой умный дом помог выстроить комфортный режим работы и сна. И работать мы будем со светом всеми возможными способами.
Материал этот является логическим продолжением первой моей статьи об умном доме «Как умный дом не дал коту замерзнуть», поэтому будут задействованы те же технологии, а управлять домом можно по заданному алгоритму, с компьютера или смартфона — таковы были мои требования к этой технике.
После общения с читателями предыдущей статьи по умному дому (Как умный дом не дал коту замерзнуть), где я использовал контроллер Fibaro Home Center Lite, мне рекомендовали обратить внимание на контроллер Mi Casa Verde Vera 3, ибо «Fibaro — это айфон среди контроллеров, а Vera — это андроид. Ты же не хочешь, чтобы у тебя губы в трубочку свернулись?». Конечно, для меня это не было аргументом, но хотелось попробовать чего-то нового. Кроме того, заинтересовало какое-то огромное количество плагинов под этот контроллер, которые мне, в итоге, пригодились. Но не буду забегать вперед.
Задача
Окна моей комнаты выходят на юго-восточную сторону. А значит, достаточно быстро после рассвета первые лучи уже проникают в помещение. А последние лучи солнца исчезают после 18 часов. Иногда плотный рабочий график и увлеченность своим делом не дают возможности оторваться от компьютера и включить свет после заката — приходится идти к выключателю света только при свете монитора. Случается и обратная ситуация, когда количество света в комнате таково, что приходится частично задергивать штору, чтобы не слепнуть и сохранить комфорт для глаз. Так и родилась задача: В комнате должен поддерживаться заданный комфортный уровень яркости автоматически.
Способы решения
Любую задачу следует разбивать на подзадачи до тех пор, пока не появится самого простого и эффективного решения.
Поэтому я начал искать пути решения. Первым и самым простым было пошаговое открытие и закрытие шторы, в зависимости от времени суток. И даже подобные плагины уже существуют. Но ведь нет никакой обратной связи и штора будет прикрыта, даже когда за окном будет буря и свинцовые тучи, а при сбившемся местоположении на половину земного шара, мои шторы начнут открываться ночью. Меня это не устроило, поэтому я пошел своим путем.
Задачу разбил на следующие этапы.
Если время дневное, то есть с 9 до 19:
1. Отслеживаем уровень яркости в помещении при помощи мультисенсора
2. Если уровень яркости превышает комфортный, частично задергиваем штору.
3. Если уровень яркости ниже комфортного, частично приоткрываем штору
4. Возвращаемся к пункту 1
Если время ночное:
1. Задергиваем полностью штору
2. Изменяем яркость искусственного освещения дискретно
3. Отслеживаем уровень яркости в помещении при помощи мультисенсора
4.1. Если уровень яркости ниже комфортного, увеличиваем на 20%
4.2. Если уровень яркости выше комфортного, уменьшаем на 20%
Для того, чтобы штора не дергалась туда-сюда при набежавших тучах или яркой вспышке, задаем дельту времени и яркости, при которых никаких действий производиться не будет.
В своих экспериментах я задействовал 5 устройств умного дома, работающих по технологии Z-wave. Предупреждаю, что данный материал является не рекламой, а инструкцией к запуску системы, поэтому я даю ссылки на задействованные мной устройства.
Устройства
1. Контроллер Z-Wave Mi Casa Verde Vera 3
2. Мультисенсор AEOTEC 4 В 1
3. Встраиваемый диммер Z-Wave.Me Dimmer
4. Встраиваемый двойной выключатель Z-Wave Fibaro Double Relay Switch 2×1.5kW
5. Микромотор с редуктором
6. 4 канальное реле для Arduino
Этап 1
Как я уже писал, работу я разделил на 2 этапа. Первый — это автоматическая работа освещения в вечернее время. Если света не хватает, тогда на основании данных, полученных с датчика освещения, контроллер увеличивает яркость освещения при помощи диммера. Так как основной свет у меня реализуется светодиодными лентами, то диммер работает только со вспомогательными галогенными лампами. Работает это так: датчик освещенности отправляет данные каждые 10 секунд контроллеру, а проверка на освещенность происходит каждые 20 секунд. Сделано это для того, чтобы случайная вспышка не выключила весь свет. Сам диммер монтируется элементарно. При правильно прокладке электропроводки у вас должна разрываться фаза, а к лампам подаваться ноль. Диммер вставляется в разрыв проводов и легко прописывается в контроллере. У меня установлены две линии светильников, но так как диммер позволяет плавно регулировать освещенность, то они были задействованы обе. Вся работа свелась к определению фазного провода и работе отверткой в течении двух минут: первая ушла на снятие старого выключателя, а вторая-на подключение диммера.
Этап 2
Второй этап — это работа с дневным светом. Когда свет слишком яркий, появляются блики и это сильно мешает. Поэтому было решено также автоматизировать задергивание шторы. С механикой начались самые большие проблемы, потому что я сначала взял скоростной, но маломощный двигатель, который не смог провернуть ролик. Потом я поменял двигатель на компактный, но с большим усилием за счет использования редуктора. Его мощность и скорость меня вполне устраивали. Доделки свелись к тому, что к первому кольцу шторы была закреплена нить, а двигатель крутил эту нить вперед и назад. Изначально планировалось поставить концевые датчики, чтобы отслеживать крайние положения шторы, но опыт показал, что натяжение нити таково, что в крайних точках ролик двигателя проскальзывает и ничего не рвет. А при обычной работе ролик имеет хорошее сцепление с нитью, которое обеспечивается дополнительным натяжным роликом. Выглядит это так:
Узнав общее время работы двигателя при перемещении из одного крайнего положения в другое, я просто разделил время на 4 и задал в настройках изменение положения шторы временем работы двигателя в том или ином направлении. Двигатель постоянного тока имеет реверс при изменении полярности и тут я столкнулся с задачей смены полярности. Простым решением было бы применение трехпозиционного реле, но найти его оказалось непросто. На помощь пришел старый опыт и немного хитрости.
Я взял стандартное двухпозиционное реле в количестве 4 штук, попарно их связал для синхронного включения и выключения. А управлял ими с помощью реле Z-Wave. Схема выглядит следующим образом:
Из схемы видно, что если одновременно замкнуть контакты 1 и 3, то двигатель начнет вращаться в одну сторону, а если 2 и 4, то двигатель получит другую полярность и начнет вращаться в противоположную сторону. Чтобы избежать путаницы и замыкать реле попарно, да еще при помощи контроллера, я задействовал двухканальное реле Fibaro Z-Wave. Для правильно работы достаточно подать на контакты in1 и in3 +5 В, или это же напряжение на воды реле in2 и in4. Само устройство Z-Wave наделено двумя реле, но они работают с одной входной шиной. Это следует учитывать, если вы захотите использовать подобное реле как два разных, к примеру, работая с переменным и постоянным током. В итоге, получили следующую схему управления из контроллера умного дома 4 реле попарно.
Для питания этой схемы потребовалось 5В постоянного тока и 220В переменного. Переменным током запитывается реле Z-Wave, а постоянным током питаются рее ардуины и электромотор. Для работы всей системы мне хватило старого адаптера от какого-то электроприбора на 5В и 1А.
А теперь посмотрим, как это работает в реальности
Собрав все воедино, получаем алгоритм, который работает по времени. В меню также был добавлен виртуальный выключатель, который позволяет запускать или останавливать режим отслеживания освещенности. Измерения освещенности проводились как при помощи мультисенсора, так и контрольным люксметром. Надо сказать, что их показания с увеличением освещенности расходились. Полагаю, что это происходило из-за того, что колпак мультисенсора сделан таким образом, чтобы собирать свет со всей сферы, а сенсор люксметра дает показания с плоскости своего датчика.
Заключение
В процессе создания автоматического освещения ко мне подходили и спрашивали: «Оно того стоит?». Но после первого проекта с оповещением, о котором я писал в начале статьи, я понял, что пределу совершенства нет. Дело даже не в том, что есть возможность почувствовать новые технологии или управлять светом, не вставая со стула. Умный дом — это совершенно иное состояние ДОМА. Как объяснить то, что в котельную за всю зиму я заглянул 4 раза, просто регулируя температуру котла в зависимости от «сезона»? При этом сам котел работал в часы наименьшей стоимости электроэнергии (двухтарифный счетчик). Или как оценить комфорт от проживания в доме, где всегда свежо, а система вентиляции работает тихо и автономно, сама включается и отключается?
Вся жизнь умного дома состоит из мелочей, которые, в принципе, можно сделать и самому, но осознание того, что ты придешь в дом и будешь уверен, что все системы функционируют должным образом — вот тут действительно понимаешь, что «Оно того стоит!».
