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» 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.

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