Проект «Умная дача»

Умная дача

Задача

Комплексное обеспечение функционирования дачи (загородного поместья), состоящего из нескольких строений: дома, бани, котельной, беседки, зимнего сада, аква-комплекса с прудом и водопадом и т. д. Управление всем оборудованием, таким, как обогрев помещений, тёплые полы, освещение, жалюзи, ролл-шторы, климат, полив растений, наполнение водоёмов, контроль потребления электроэнергии, охрана, оповещение по SMS и т. д.

Обратите внимание. Проект «Умная дача» очень разветвлённый и в нём используется множество контроллеров и прочего оборудования. Для удобства описание проекта разбито на несколько логически связанных частей, таких, как «Дом», «Баня», «Котельная», «Зимний сад», «Главный сервер» и т. п. Данная страница является главной для проекта, на ней описывается его идеология и общее содержание. За подробностями по отдельным частям проекта вы можете обратиться по ссылкам на соответствующие страницы.

Оборудование

В проекте, в основном, используются контроллеры Arduino Mega 2560, которые отличаются небольшой ценой, низким энергопотреблением и широкими возможностями по подключению датчиков и актуаторов (исполнительных устройств), а также, в сочетании с операционной системой AMS, и развитым веб-интерфейсом.

Arduino Mega 2560

Использование Arduino Mega это не догма, всё определяется практической целесообразностью и на различных участках проекта могут быть использованы и другие проводные и беспроводные контроллеры из широкой номенклатуры, входящей в экосистему AMS: Due, 101, M0, ESP8266, ESP32, Sonoff, RobotDyn Mega+ESP и т. д.

В будущем планируется перевод парка управляющих контроллеров на базу AMS Home, которая сейчас находится в разработке. Этот контроллер устанавливается на DIN-рейку и имеет промышленный дизайн.

Кроме Arduino Mega в проекте используются:

  • Платы сетевого интерфейса Ethernet Shield
  • Модули для беспроводной 2,4 ГГц связи nRF24L01
  • Цифровые датчики температуры DS18B20
  • Датчики влажности воздуха DHT22
  • Датчики потребления электроэнергии PZEM-004T
  • Датчики освещённости
  • Датчики влажности почвы
  • Датчики уровня воды
  • Сервоприводы управления жалюзи
  • Двигатели управления ролл-шторами
  • Электромагнитные реле для коммутации нагрузок 220 вольт
  • Электронные тиристорные ключи
  • GPRS Shield для посылки и приёма управляющих SMS
  • и прочее оборудование

Идеология

Идеологически проект «Умная дача» можно назвать «распределённым компьютером». Что это значит? Это значит, что управление всем оборудованием осуществляется небольшими (дешёвыми и потребляющими мало энергии) контроллерами, объединёнными в единую систему и обладающие каждый собственным сервером и веб-интерфейсом. Для пользователя система выглядит как один компьютер или скорее как один веб-сайт на страницах которого выводится нужная информация и присутствуют элементы управления всеми функциями «Умной дачи».

Такая архитектура позволяет достичь большой устойчивости и живучести системы. При выходе из строя какого-либо отдельного контроллера пропадает только его функционал, всё остальное оборудование продолжает работать в штатном режиме. Это выгодно отличает данное решение от централизованных систем, в которых при выходе из строя управляющего компьютера оказывается парализованным весь «умный дом».

Технологии

В проекте используются оригинальные программные и аппаратные AMS технологии. Это сделано не из принципиальных соображений, просто в сторонних технологиях не возникло нужды, экосистема AMS покрывает все потребности проекта.

С другой стороны, AMS поддерживает множество сторонних технологий, таких, как беспроводное управление nooLite, модули Sonoff и т. п. и при желании подобные технологии могут быть легко интегрированы в проект.

Топология

Для связи между управляющими контроллерами применено самое простое и одновременно мощное решение — проводное Ethernet соединение. Это индустриальный стандарт, поддерживаемый множеством компаний, надёжное и проверенное временем решение.

Для тех случаев, когда по той или иной причине тянуть провода к оборудованию неудобно или невозможно, используется беспроводное nRF24 соединение между контроллерами, датчиками и актуаторами. В качестве протокола связи используется нативный AMS nRF24 стек, который обеспечивает контроль и гарантию доставки беспроводных пакетов.

Топология сети умной дачи

Каждый крупный объект управления, такой, как Дом, Баня, Котельная, Зимний сад и т. д. имеет свой главный контроллер к которому по проводным и/или беспроводным nRF24 каналам подключено необходимое оборудование (датчики и актуаторы).

SMS сервер

В соответствии с системным подходом, в инфраструктуру «Умной дачи» введён отдельный SMS-сервер, который предназначен для обслуживания всех контроллеров сети. Он обеспечивает приём тревожных и информационных сообщений от контроллеров и отсылку их на мобильный телефон(ы) владельца дачи. Также возможен приём управляющих SMS команд с зарегистрированных телефонов и рассылка их по локальной сети контроллерам системы.

SMS-сервер

SMS-сервер это не единственный инфраструктурный сервер, возможно добавление и других специализированных серверов, например, сервера декоративно-информационной иллюминации, управляющий лентами и панно на умных светодиодах WS2812B, серверов бегущих строк, охранных серверов, серверов контроля доступа и т. д. и т. п.

Описание контроллеров сети

Далее будет дана информация по каждому из контроллеров «Умной дачи» и ссылка на страницу с подробным описанием каждого подпроекта. Каждый контроллер является полностью независимым и представляет собой отдельный проект.

Контроллер Дома

Проект «Дом»

Это контроллер управляющий всем оборудованием в доме: поддержание необходимой температуры в помещениях, регулировка нагрева тёплых полов, управление светом, задание параметров в веб-интерфейсе и т. д.

Контроллер Бани

Проект «Баня»

Это условное название, контроллер управляет не собственно баней, а всем оборудованием здания бани. Так же, как и в случае с «Домом», здесь осуществляется поддержание необходимой температуры в комнатах, управление нагревом тёплых полов, включение и выключение света, отображение информации и задание параметров в веб-интерфейсе и т. п.

Контроллер Котельной

Проект «котельная»

Это контроллер, управляющий оборудованием котельной и, по совместительству, курятником и брудером. Этот же контроллер осуществляет сбор и визуализацию информации о среднесуточной температуре и энергопотреблении всего хозяйства.

Контроллер Зимнего сада

Проект «Зимний сад»

Это отдельный большой проект, который обеспечивает работу зимнего сада, полив растений и управление жалюзи и ролл-шторами в саду и прилегающем здании.

В связи с необходимостью подключения большого количества датчиков и реле полива растений и территориальной протяжённостью зимнего сада, используется не один контроллер Arduino Mega, а два, объединённые в одну систему по беспроводному nRF24 каналу.

Главный сервер

Проект «Главный сервер»

Главный управляющий компьютер «Умной дачи», выполненный на основе популярной системы автоматизации MajorDoMo. Собирает информацию и управляет всеми контроллерами сети, а также обеспечивает работу функций верхнего уровня типа голосового сопровождения, работы с SQL базами данных, визуализации и т. п.

Развитие проекта

Это только малая часть из всего, что можно реализовать для автоматизации «Умной дачи» на основе технологий AMS (а также сторонних технологий). Можно сказать, что это только вершина айсберга и демонстрация возможностей технологии.

Системность AMS подхода к проектированию решений по автоматизации позволяет на порядки увеличить функциональность «Умной дачи», здесь всё ограничено только потребностями и фантазией заказчика.

Экономия энергии и средств

Кроме собственно автоматизации, нужно отметить ещё одну важную задачу проекта, а именно, контроль и минимизация потребляемых дачей (поместьем) ресурсов. Не секрет, что счета за потребляемую домом электроэнергию могут быть очень значительными и оплачивать их приходится ежемесячно, поэтому любые усилия по минимизации потребления энергии важны.

Например, в данном проекте система автоматически следит за среднесуточной температурой, потреблением энергии по дневному и ночному тарифам, в соответствии с установками сама включает и отключает нагрев полов, учитывая множество параметров, таких, как присутствие людей в доме, температура на улице, текущий тариф и т. д.

Функции, реализованные в проекте

  • Комплексное управление дачей (поместьем)
  • Управление системой из веб-интерфейса
  • Адаптивный дизайн для использования на планшетах и смартфонах
  • Отсылка тревожных и информационных SMS сообщений
  • Реализация распределённой устойчивой системы без главного компьютера
  • Управление температурой в помещениях
  • Управление работой тёплых полов
  • Контроль энергопотребления хозяйством
  • Широкие возможности по снижению затрат на отопление дома
  • Использование проводных и беспроводных технологий
  • Управление подачей воды
  • Контроль протечек воды
  • Защита от промерзания труб и коммуникаций
  • Защита от обледенения и снега
  • Управление освещением помещений и открытых пространств
  • Управление жалюзи и ролл-шторами
  • Управление вентиляцией
  • Управление аква-комплексом, состоящим из ручья, пруда и водопада
  • Управление курятником и брудером для цыплят
  • Управление зимним садом
  • Автоматический полив растений
  • и многое другое

Заказать проект

Для того, чтобы заказать проект, просто пришлите письмо с описанием задачи на адрес info@hi-lab.ru и возможно уже через несколько дней вы получите готовый проект вашей мечты