Беспроводные системы домашней автоматизации – это современные и удобные инструменты, с помощью которых можно создавать «умные» помещения любого размера: от небольших городских квартир до многоэтажных офисных центров. При этом, благодаря беспроводным технологиям, для превращения обычного здания в «умное», не нужно делать сложный ремонт или выстраивать дополнительную сетевую инфраструктуру. Сам процесс немногим сложнее замены обычной электрической розетки или выключателя.
В общем случае, система домашней автоматизации, то есть умного дома состоит из трех основных компонентов: датчиков, актуаторов и центрального контроллера.
Датчики или сенсоры предназначены для того, чтобы собирать информацию о состоянии окружающей среды. Это – «нос», «глаза» и «уши» системы умного дома.
На текущий момент существует огромное количество разнообразных датчиков – влажности, температуры, задымления и затопления, уровня CO2, датчики движения и объема, датчики нарушения контура, измерители потребляемой электроэнергии и это список далеко неполный, количество и число типов всевозможных датчиков растет с каждым днем.
Исполнительные устройства или «актуаторы» служат для того, чтобы управлять какими-то реальными физическими объектами и устройствами или изменять любым способом состояние окружающей среды.
Самые простые и популярные актуаторы – это обычные розетки с возможностью дистанционного включения или отключения, световые выключатели и диммеры, ИК-излучатели для управления кондиционерами, “умные” патроны для ламп и т.п. Однако этим список актуаторов не ограничивается.
Среди них есть управляемые беспроводные дверные замки, модули управления моторами жалюзи, отопительных устройств, элементами систем вентиляции.
Ожидается, что в ближайшем будущем, в качестве актуатора в системе домашней автоматизации сможет выступать практически любой бытовой прибор (стиральные машины, плиты, утюги, холодильники), телевизионная техника, музыкальные центры и т. д.
Центральный контроллер или иначе «хаб» умного дома принимает информацию от датчиков и посылает управляющие сигналы актуаторам. Именно в хабе сосредоточен весь интеллект «умного дома».
В абсолютном большинстве случаев, хаб выступает мостом между «умным домом», то есть сетью датчиков и актуаторов и обычной домашней проводной или WiFi-сетью.
Чаще всего, в центральном контроллере есть свой небольшой веб-сервер, благодаря которому, доступ к управлению «умным домом» можно получить из любого веб-браузера, с ПК, ноутбука, планшета или смартфона – как «внутри», из домашней сети так и «снаружи», через интернет.
Возможности центрального контроллера во многом зависят от того, насколько «продвинутое» ПО в нем установлено.
Некоторые бюджетные продукты просто предоставляют интерфейс для того, чтобы можно было дистанционно включать и выключать свет, посылать простые команды на актуаторы, подключенные к сети домашней автоматизации или просматривать параметры среды в квартире с помощью мобильного устройства или интернет-браузера. Более сложное ПО позволяет создавать автоматические сценарии – то есть комплексно управлять актуаторами в зависимости от комбинаций каких-либо событий или сообщений от датчиков. Например, включать определенные источники света и усиливать обогрев воздуха вечером (по таймеру или в зависимости от уровня освещения в доме), создавать определенную световую атмосферу для разных ситуаций (дружеский ужин, просмотр телевизора).
Наиболее «продвинутые» контроллеры обладают собственным «искусственным интеллектом», которые позволяют исполнять какие-то сценарии без участия хозяина квартиры, подстраиваясь под его поведение (например, используя информацию о времени суток и данные с датчиком движения – «подсвечивать» зоны помещения, где в данный момент находятся люди). Часто для этого контроллеры подключаются к облачным сервисам (как тем, что поддерживаются производителями систем умного дома, так и сторонним сервисам), где собираются десятки тысяч различных сценариев и на основании анализа больших объемов данных выделяются характерные особенности поведения пользователей, составляются наиболее оптимальные шаблоны управления домашней инфраструктурой. При этом может быть задействована и другая информация, не только та, что поступает от датчиков внутри квартиры – например, длина светового дня на конкретной широте, прогноз погоды и т. п.
Важно отметить, что довольно часто, «продвинутому» программному обеспечению для управления «умным домом» неважно, какая технология связи датчиков и актуаторов используется на физическом уровне. Достаточно лишь, чтобы имелись в наличии высокоуровневые драйвера, которые передавали в интерфейс нужные данные.
Также, в состав беспроводной системы управления домом, могут входить и другие, вспомогательные устройства, например, повторители и ретранляторы, переходные мосты для других, проводных, систем, таких как KNX, BacoNET, DMX и прочее.
Беспроводные сети «умных домов»
На данный момент в мире получили широкое распространение несколько технологий организации домашних беспроводных сетей, состоящих из датчиков, актуаторов и центрального контроллера.
Среди них – Z-Wave, ZigBee, Bluetooth Low Energy.
Также довольно часто используется подключение датчиков и актуаторов к домашней сети Wi-Fi (разумеется, это возможно с устройствами, которые поддерживают такую сеть и интегрированы с Wi-Fi-приемопередатчиком).
При разработке технологий сетей «умных домов» в расчет принимается несколько основных соображений.
Для того, чтобы не создавать помех, уровень сигнала в таких сетях должен быть невысоким.
Предполагается, что на относительно небольшой территории (многоквартирный дом), должны устойчиво работать одновременно сотни сетей – поэтому чаще всего радиус действия приемопередатчиков в сети «умного дома» ограничен одной квартирой или расстоянием до 10 метров.
Дополнительным преимуществом такого подхода является крайне невысокое энергопотребление датчиков и актуаторов и как следствие – их высокая автономность. Практически любой датчик или актуатор может работать годы от одной батарейки AA.
Также, предполагается, что в сетях, состоящих из сенсоров и исполнительных устройств, нет необходимости в передачи значительных объемов данных, таких как файлы, аудио или видео. Поэтому практически все такие сети – низкоскоростные, благодаря чему еще более уменьшается энергопотребление, а также значительно сужается частотный диапазон, необходимый для работы такой сети.
У всех существующих на сегодняшний день решений для беспроводных систем домашней автоматизации есть как свои достоинства, так и свои недостатки.
ZigBee – открытый стандарт, разрабатываемый институтом IEEE, специально для сетей сенсоров небольшого радиуса действия.
В открытости ZigBee есть свои плюсы – в адаптации и разработке микросхем и аппаратных решений для ZigBee может поучаствовать кто угодно, достаточно лишь изучить соответствующую документацию. Но есть и минусы.
Стандарт предполагает, что он может расширяться и дополняться разными производителям для своих собственных нужд. Из-за этого на рынке присутствует множество устройств, которые зачастую могут быть не совместимы между собой.
Другая перспективная технология – Bluetooth Low Energy – еще в стадии окончательной доработки. На рынке уже есть решения, основанные на этом физическом протоколе – но их число пока не позволяет говорить о полноценном развитии BLE в качестве широкой платформы для «умных домов».
Также есть продукты, которые используют обычную домашнюю Wi–Fi сеть для связи центрального контроллера (или облачного сервиса для управления «умной квартирой»), датчиков и сенсоров.
Однако у них есть ряд недостатков: такие устройства более энергоемки и требуют более частой смены батареек, но самый главный из них – из-за особенностей физического уровня стандарта 802.11, присутствие низкоскоростных устройств (как правило датчики и актуаторы используют стандарт 802.
11g) в сети понижает общую скорость работы беспроводной сети, которая предназначена для работы на больших скоростях и к которой подключены домашние ПК, ноутбуки, телевизоры и т. п.
Наиболее «рыночная» и удобная в использовании на текущий момент – технология Z-Wave. Получить больше информации по теме умных домов на moy-domovoy.ru.
См. оборудование:
- Цены на компоненты для Умного Дома
См. также:
Что такое Zigbee
Как и у многих, мое знакомство с умным домом началось с умной Wi-Fi лампочки.
Купил лампочку, подключил к своей Wi-Fi сети и могу включать-выключать свет с телефона из любой точки мира. Потом у меня появились умные розетки, камеры и датчики температуры-влажности. Все устройства Wi-Fi.
Чем больше я погружался в мир умных домов тем чаще я слышал что бывают еще какие-то “зигби” устройства.
Меня вполне устраивал Wi-Fi, поэтому я не сильно интересовался чем-то другим. Но в конце-концов я разобрался что такое Zigbee и сейчас очень жалею что не узнал все это раньше.
В этом тексте я хочу рассказать что же такое зигби, чем отличается от Wi-Fi и что нужно для того чтобы работать с Zigbee устройствами.
Как это работает и зачем это нужно
Zigbee — это стандарт беспроводной связи для умных устройств.
Есть Wi-Fi — совершенно привычная технология. Центральный злемент — Wi-Fi роутер — коробочка с антенами. К Wi-Fi роутеру по воздуху подключаются клиенты — ноутбуки и телефоны.
Точно также в Zigbee сети есть центральный элемент — он называтеся “Координатор”, к нему по воздуху подключаются разные клиенты: умные лампочки, кнопки, разные датчики. Устройства которые подключаются к Zigbee сети могут быть как с постоянным питанием, так и работающие от батареек.
Огромный плюс Zigbee по сравнению с Wi-Fi — это то как работают устройства на батарейках. Совершенно обычная ситуация что какая-нибудь зигби кнопка работает несколько лет (!!!) на одной батарейке.
Бывают разные типы датчиков:
- датчики температуры и влажности
- датчики движения
- датчики которые фиксирует открытие и закрытие дверей и окон
- и еще множество других устройств
Безумно удобно когда для установки датчика не нужно тянуть никакие провода.
Питание — от батарейки, данные передаются по воздуху через Zigbee.
Взял, приклеил датчик в нужном месте и на этом установка завершена — не нужно штробить стены и прокладывать провода.
Беспроводные датчики на батарейках бывают не только Zigbee, но еще и Wi-Fi и Bluetooth.
Выбор Zigbee датчиков больше и живут на батарейке они дольше.
Стандарт Zigbee создан специально для умных устройств. Zigbee — это не замена Wi-Fi. Через Zigbee вы не сможете посмотреть фильм в интернете, не бывает зигби камер, но всякие умные устройства могут использовать Zigbee для эффективной работы.
Самоорганизующая сеть
Интересная особенность Zigbee — это то как устройств объединяются в сеть.
Есть 3 типа устройств в Zigbee сети:
- Zigbee координатор — главное устройство — такое устройство всегда одно в сети
- Zigbee роутер (не путать с Wi-Fi роутерами)
- Конечное устройство
Пример конечного устройства — это какой-нибудь датчик температуры-влажности который работает от батареек, или
какая-нибудь беспроводная кнопка.
Роутер — тоже какое-то полезное устройство, например умная розетка или умная лампочка.
Назначение роутеров — это расширение сети Zigbee. Конечные устройства могут подключаться или напрямую к координатору, или к роутеру. Это происходит автоматически. Устройства сами понимают куда и как нужно подключаться и повлиять на это никак нельзя.
Практически всегда если устройство работает от батареек — это конечное устройство, а если к устройству подводится фаза и ноль — это роутер (на самом деле, это не обязательно, бывают исключения, но, по факту, почти всегда это так). Бывают Zigbee реле и выключатели к которым подводится только фаза, без нуля — такие устройства роутерами не являются.
Вот пример как может выглядеть Zigbee сеть:
- красный прямоугольник — это координатор
- синие — это роутеры
- желтые — это конечные устройства
Первое время после того как появляются Zigbee устройства очень интересно смотреть в карту сети. И тут сразу появляются вопросы “Почему этот датчик температуру идет напрямую в координатор, который находится через 2 стены от него, а не садиться на роутер который находится в 20 сантиметрах?” Ответ — сеть сама понимает как ей лучше.
Может быть, когда-нибудь, сеть перестроится, но возможно что все и дальше будет работать именно так. Не стоит ожидать мгновенной перестройки сети. Могут проходить недели перед тем как поменяются маршруты. Нет возможности настроить конечное устройство чтобы оно подключалось к какому-то определенному роутеру.
Сеть сам определяет какие маршруты использовать.
Координатор
Координатор — это главное устройство в Zigbee сети. Все устройства подключаются к нему. Есть разные устройства которые могут работать координатором.
Официальные устройства
Давайте сначала рассмотрим официальный подход. Есть много разных производителей умных устройств. Например, Aqara.
Можно купить датчик температуры Aqara, датчик движения Aqara, датчик открытия Aqara — все это очень хорошие и популярные устройства. Но чтобы работать этим устройствами нужен Координатор.
И компания Aqara продает устройства которое работает Кординатором — Aqara шлюз (есть несколько разных моделей этого устройства).
Практически все производители которые делают умные зигби устройства продают Координаторы. Обычно эти устройства называются Шлюз, Хаб, Gateway, Центр умного дома.
Но тут есть одна тонкость. Чаще всего к Координатору компании можно подключить только устройства которые производит эта же компания. Если у вас Sonoff Шлюз, то к нему будут подключаться только Sonoff Zigbee устройства.
Если у вас Konke Шлюз, то к нему можно подключить только Konke устройства.
Бывают небольшие исключения (например, в Aqara Шлюз можно подключать не только устройства Aqara, но и Mi), но в общем случае — к Координатру можно подключать только устройства этой же компании.
И это, конечно, ужасно. В мире Wi-Fi все совершенно не так: к Wi-Fi роутеру любой компании без проблем подключаются все Wi-Fi устройства любых других производителей.
Когда-нибудь наступит порядок и в мире Zigbee — к любым Координатором можно будет подключать любое оборудование, но пока прозводители пытаются удержать пользователей в рамках своих закрытых системы.
USB Стики
Но кроме больших компаний которые производят оборудование есть еще множество энтузиастов, которые создают свои собственные устройства и софт.
Можно вообще не использовать официальные устройства в качестве Координатора, а использовать так называемые “USB стики”.
USB стик втыкает в компьютер. На компьютер ставится специальный софт. И вот совокупность этого стика + софт — это получается zigbee Координатор.
Но, использование подобных решений требует достаточно серьезных знаний компьютера. А для некоторых задач еще и нужно уметь паять.
Самый популярный софт который работает с zigbee стиками — это zigbee2mqtt. Этот софт поддерживает более 1000 Zigbee устройств разных производителей. При использовании стика + zigbee2mqtt в одной сети могут быть устройства разных брендов: датчики Aqara, кнопки Konke, лампочки Ikea.
Софт zigbee2mqtt может работать с разными стиками (список). Вот несколько популярных стиков:
- CC2531 — самый дешевый и простой вариант. Этот стик можно купить на AliExpress.
- Conbee 2 — этот стик может работать как с zigbee2mqtt, так и со специальными софтом deCONZ.
- CC2538 — это устройство нужно либо собирать самому (инструкция), либо купить — есть множество людей кто собирает это устройство специально для продажи. Найти продавца можно в телеграм чате https://t.me/zigberu.
DIY устройства
Официальные Координаторы очень ограниченые — к нем нельзя подключать устройства разных производителей.
Для того чтобы работать с USB стиком должен быть компьютер в который этот стик вставлен.
Есть несколько проектов которые пытаются создать устройство, которое лишено этих недостатков.
Эти проекты не разрабатывают устройство с нуля, а модифицируют официальные устройства.
- Zesp шлюз (телеграм чат)
- SLS шлюз (телеграм чат)
Кроме этого, нужно упомянять проект github.com/AlexxIT/XiaomiGateway3 — это дополнение к популярной системе умного дома Home Assistant, которое использует недокументированные возможности Xiaomi шлюза для того чтобы он хорошо работал с системой Home Assistant.
С чего начать
Итак, вы хотите попробовать Zigbee. Что это этого нужно?
Нет единого мнения с чего лучше начинать. Кто-то рекомендует использовать официальные шлюзы, кто-то говорит что нужно сразу покупать хороший и дорогой стик, кто-то рекоменюует использовать перепрошитый шлюз.
Я начал с того что купил самый простой и дешевый стик CC2531 и стал использовать его с zigbee2mqtt.io.
- Я решил что на первое время (10-20-30 устройств) мне этого стика будет достаточно, а дальше, если возникнет необходимость, можно будет и что-то другое купить.
- Свой стик я покупал вот в этом магазине на AliExpress.
- Если решите покупать, то лучше всего сразу купить 3 лота:
- CC2531 Antenna (аккуратно — не перепутайте, там еще есть устройсвво CC2540, выглядит очень похоже, но это совершенно не то, нужно покупать CC2531)
- CC Debugger
- CC2540 zigbbe CC2531
Второй и третий лот — это программатор и кабель для подключения. Для того чтобы стик работал на него нужно залить прошивку. Это можно сделать с помощью arduino/raspberry pi/orange pi, но, гораздо проще и быстрее это сделать с помощью специального устройства. Иногда приходится эту прошивку менять, так что очень удобно когда это оборудование есть под рукой.
Документация zigbee2mqtt как прошить стик CC2531 — https://www.zigbee2mqtt.io/information/flashing_the_cc2531.html.
После того как у вас есть аппаратная часть (стик), нужно поставить софт. Есть много разных способов как можно установить zigbee2mqtt (и тут разные люди будут советовать разные решения).
Я используют экосистему умного дома Home Assistant и с помощью этого бесплатного софта можно установить zigbee2mqtt в несколько кликов мышкой (но после установки нужно еще выполнить некоторые настройки).
Home Assistant использовать не обязательно, но, на мой взгляд, это хорошая идея использовать Home Assistant и zigbee2mqtt.
Что дальше
Иван Бессарабовivan@bessarabov.ru
23 ноября 2020
Язык умного дома: как общается домашняя электроника
Систему smart house (умного дома) от набора продвинутых домашних гаджетов отличает наличие центра управления и «командная» работа разных устройств по заданным алгоритмам. Например, датчик движения заметил подозрительный объект — в его сторону развернулась камера. Но по каким каналам связи происходит передача команд и какие самые надежные?
Сценарии автоматизированного жилья решают задачи — сделать его более удобным, безопасным и экономичным. Все подобные системы работают по принципу получения и
выполнения команд.
Датчики следят за обстановкой и в случае ее
изменения подают сигналы в центральный контроллер — «мозг» системы.
Контроллер
получает информацию, анализирует и в соответствии с заложенными в нем
алгоритмами (сценариями) выдает команду на исполнительное устройство.
Связываются и обмениваются информацией компоненты умного дома с помощью определенного протокола передачи данных. Таких протоколов множество, каждый имеет свои плюсы и минусы. И это один из критериев выбора системы автоматизации для своего жилья. Разбираемся — какие каналы связи лучше и какие подойдут для маленькой квартиры или большого коттеджа.
Каналы
передачи
Между собой разные протоколы либо плохо, либо совсем несовместимы. Под каждый
из них выпускается своя разновидность датчиков, устройств и контроллеров.
То есть для автоматизации жилья производится множество датчиков и устройств, но все они поделены на «семейства», внутри которых общение идет на своем «языке».
Так что, если решили самостоятельно установить умный дом, прежде всего нужно разобраться с протоколом передачи данных.
Это определит возможности системы не только на настоящий момент, но и на будущее — обеспечив возможность добавления тех или иных устройств в систему.
Протоколы различаются по скорости передачи данных,
уровню энергопотребления (важно для автономных систем), степени защиты
(критически важно для систем безопасности).
Крупные производители часто объединятся в ассоциации
для создания и развития новых коммуникационных протоколов. Так совместными
усилиями Ericsson, IBM, Intel, Toshiba и
Nokia
был
создана и продвигается технология Bluetooth.
Но пока ни один из протоколов не может полностью удовлетворить
все запросы разработчиков и потребителей. У каждого из них есть преимущества и недостатки. И, как считают эксперты, до универсального решения еще далеко,
если вообще оно возможно.
Wi-Fi
Наиболее распространенный сегодня протокол передачи
данных в домашних условиях. Он предназначен для передачи больших объемов информации.
Используется для подключения интернета и управления различными устройствами, в
том числе, в системах умного дома. Отличается широкой совместимостью
оборудования и невысокой стоимостью.
Но в силу технических особенностей Wi-Fi плохо
подходит для объединения нескольких отдельных устройств в единое целое.
Протокол используется для децентрализованных систем, которые работают без
подключения к общему контроллеру. С помощью этого стандарта связи удобно
управлять устройствами с помощью пульта или смартфона.
Большой минус Wi-Fi — высокий уровень
энергопотребления, что часто критично для автоматизированных домашних систем,
часть элементов которых могут работать от батареек.
Bluetooth
Широко распространенный стандарт связи, отличающийся
высокой скоростью и надежностью. Идеально подходит для таких устройств, как
гарнитуры, беспроводные клавиатуры, принтеры и т.д. Применяется и в системах
умного дома.
Важнейшее достоинство протокола — низкое
энергопотребление. Bluetooth имеет специальную технологию, известную как
Bluetooth Low Energy. Она идеально подходит для домашних автоматизированных
систем, где очень важна экономия электроэнергии.
Главный недостаток Bluetooth — малая дальность работы.
Радиус действия стандарта ограничен 10 метрами. Это существенно препятствует
продвижению протокола на рынке интернета вещей.
Z-Wave
Пожалуй, самый популярный протокол в системах умного
дома. Лишен недостатков Wi-Fi и Bluetooth и при этом сочетает их достоинства. Z-Wave
специально создавался для управления потребительской электроникой, в том числе
устройств на батарейках, таких как датчики дыма, температуры, влажности,
движения и так далее.
В отличие от Wi-Fi, предназначенного для передачи
больших объемом информации, этот протокол оптимизирован для трансляции простых
управляющих команд с малыми задержками (включить/выключить, изменить громкость,
яркость).
© Sibnet.ru
Z-Wave основан на технологии ячеистой сети, в которой
каждое устройство может передавать управляющие сигналы другим устройствам сети.
Благодаря этому достигается очень широкое покрытие и отсутствие мертвых зон.
Такая технология также очень экономна в энергопотреблении.
Именно этот протокол используется в системах «Умный дом» от Ростелекома. Сейчас провайдер предлагает несколько готовых к самостоятельной установке комплектов (с разной комплектацией датчиков), а также совместимые камеры внутреннего и наружного наблюдения.
Недостаток Z-Wave — проблемы с совместимостью.
Несмотря на то, что производители гарантируют соответствие устройств
требованиям протокола, встречаются
трудности при их объединении в единую системы.
У подобной технологии ZigBee (также
строится по ячеистой топологии) проблем с совместимостью еще больше.
Wireless
RF
Недорогая технология с ультранизким потреблением
энергии и большим радиусом действия — до 100 метров. Правда, сила сигнала и
дальность его работы зависят от препятствий и материалов, из которых они
изготовлены.
Wireless RF значительно проигрывает соперникам в
скорости передачи данных и в обеспечении безопасности. Огромный минус — отсутствие
стандартизации. Каждый разработчик может создавать свою набор протоколов
взаимодействия между устройствами радиосети.
KNX
Этот протокол широко распространен в странах Европы.
Его особенность — возможность передачи сигнала, как по радиоканалу, так и по
витой паре или даже электросети. KNX всегда должен иметь свой источник питания.
Протокол очень надежен и устойчив к отказам. Используется
для децентрализованных решений. KNX
применяется
в автоматизации крупных строений: одна такая сеть может поддерживать до 58
тысяч устройств.
Минусы — высокая стоимость, а также сложность
установки и настройки оборудования. Поэтому протокол KNX больше подходит не для
автоматизации квартир или частных домов, а больших объектов.
Insteon
Очень популярен в США. В Европе и в России появился
достаточно недавно. Этот протокол использует для передачи данных электрическую
проводку дома. Поддерживает он и беспроводную передачу.
Insteon — использует ячеистую топологию сети, которая
характеризуется высокой надежностью и безотказностью. В ней каждый гаджет
является одновременно и приемником, и передатчиком сигнала. Протокол может
применяться в децентрализованной сети, то есть без главного контроллера.
Главный минус Insteon — доступность оборудования под
этот протокол в России.
Оптимальный
вариант
Протоколы связи для "умного дома"
Если вы решили самостоятельно спроектировать автоматику для умного дома, то первым делом необходимо определиться, какой именно протокол будут использовать компоненты системы для связи друг с другом. Возможных вариантов на удивление много, так что мы расскажем вам о стандартах, пользующихся наибольшей популярностью в России и Европе.
Пожалуй, самый банальный способ связать все устройства воедино — это взять на вооружение стандарт 1-Wire. Дело в том, что основной магистралью для передачи данных здесь выступает двунаправленная шина, которая в простейшем случае выглядит как двужильный провод. Другими словами, при создании сети можно обойтись даже дешевым телефонным кабелем. Один провод в данном случае используется для питания и передачи данных, другой — для заземления. Топология сети — общая шина, т. е. ведомые устройства буквально «нанизываются» на единый кабель, как бусины на нить. Конечно, сеть 1-Wire не обязана выглядеть топорно: можно взять за основу качественную «витую пару» или FireWire-кабель, а компоненты подключить через RJ-розетки. Собственно, чем добротнее организована сеть, тем большую протяженность она может иметь: в идеальных условиях это значение достигает 300 метров. Тем не менее, главная «фишка» данного стандарта — дешевизна и неприхотливость. Есть у него и негативная характеристика — низкая отказоустойчивость.
«Гирлянда» из устройств 1-Wire, как правило, подключается к компьютеру — для этого используются специальные адаптеры. Реже управление сетью отдается на откуп микроконтроллеру.
Обычно список используемых компонентов 1-Wire ограничивается датчиками температуры, освещенности, влажности и протечки, а также электрическими розетками, способными включаться и отключаться по команде. В некоторых случаях данное решение также используется для управления освещением.
В целом, 1-Wire подойдет экономным пользователям, которые не предъявляют серьезных требований к функционалу умного дома.
X10 — стандарт, разработанный еще в далеком 1975 году. Пик его популярности уже позади, но, тем не менее, он по-прежнему активно используется при проектировании умных домов. Секрет подобной живучести — необычайная универсальность при относительно низкой стоимости.
В отличие от 1-Wire, X10 не требует прокладки специального кабеля: для передачи сигнала используется электропроводка здания. Также предусмотрена возможность использования трансиверов, которые ловят радиосигнал от беспроводных устройств, преобразуют его в нужный формат и передают в электрическую сеть.
Данная функция используется для взаимодействия с датчиками и пультами ДУ.
X10 может похвастаться обилием всевозможных исполнительных модулей (актуаторов): при их должной подборке, автоматика способна управлять электроприборами, освещением, отоплением, вентиляцией и охранными системами.
Можно даже заставить ваш дом самостоятельно осуществлять полив растений и регулировать степень открытия оконных штор на основании различных факторов. Для корректной работы всего этого добра необходимы специальные контроллеры.
Как правило, их можно единожды запрограммировать с помощью компьютера, и в дальнейшем они будут выступать в качестве независимых устройств.
Серьезным недостатком X10 является низкая скорость передачи данных, из-за которой отклик на какое-либо действие происходит с секундной задержкой.
Ну, а поскольку команды передаются последовательно, то, скажем, организовать сложное динамическое освещение посредством данного протокола практически невозможно.
Кроме того, для использования X10 может потребоваться незначительная доработка электропроводки.
KNX — дорогостоящий вариант, пользующийся популярностью в Европе. Стандарт характеризуется обилием заложенных в него функций, а также сложностью проектирования и монтажа. В качестве среды для передачи данных протокол KNX может использовать шину (витую пару), электрическую сеть или радиоканал.
Чаще всего применяется первый вариант, нередко необходимые провода прокладываются совместно с силовыми кабелями еще на этапе строительства. Стандарт предусматривает различные варианты топологии сети.
Итоговая система обязана иметь собственный источник питания, но при этом в ней может отсутствовать центральный контроллер, т. е. KNX позволяет создавать децентрализованные решения, в которых сенсоры и исполнительные модули взаимодействуют напрямую.
Протокол подходит для автоматизации крупных зданий, в одну сеть можно объединить до 58000 устройств. Актуаторы в данном случае отличаются разнообразием и позволяют под завязку «упаковать» дом нетривиальным функционалом.
С программно-аппаратной точки зрения KNX хорош — это серьезный стандарт для решения серьезных задач. Вот только он плохо подходит для энтузиастов-одиночек: оборудование стоит дорого и связать его воедино непросто. Ну а если доверить проектирование и монтаж KNX-решения специалистам, то итоговая стоимость проекта будет совсем уж неприличной.
Вездесущий Wi-Fi используется практически в каждом умном доме. Обычно этот стандарт связи применяется для того, чтобы подружить смартфон или планшет с уже готовой автоматизированной системой.
Мобильное устройство всегда под рукой, а потому управлять домом с его помощью, порою, удобнее, чем использовать для этой цели компьютер, настенную сенсорную панель, пульт ДУ или интерпретатор речи.
Особенно это актуально в тех случаях, когда для взаимодействия с системой предусмотрено специальное приложение, а не только веб-интерфейс.
Иногда Wi-Fi применяется для связи с устройствами, которые могут функционировать автономно, без помощи «умной» сети. Пример такого гаджета — лампочка LIFX.
В последнее время подобные устройства набирают популярность, ведь они позволяют приобщиться к технологиям умного дома, не тратя время и силы на установку вспомогательного оборудования.
Для сложных систем автоматизации Wi-Fi не подходит: модули связи этого стандарта дороги и очень прожорливы, а демонстрируемые ими скорости в рамках умного дома попросту не востребованы.
ZigBee — протокол связи по радиоканалу, превосходно вписывающийся в концепцию умного дома.
Во-первых, стандарт позволяет создавать датчики с низким энергопотреблением и превосходной отзывчивостью: большую часть времени их беспроводные модули находятся в спящем режиме, но на пробуждение последних тратится всего 15 миллисекунд.
Во-вторых, ZigBee поддерживает ячеистую топологию сети, при которой отдельные компоненты могут выступать в качестве посредника, передающего сигнал от одного устройства к другому.
Подобная структура способна к самоорганизации и самовосстановлению, выход из строя одного-двух элементов, как правило, не приводит к серьезным последствиям. Ячеистая топология также позволяет существенно увеличить область покрытия беспроводной сети, так что при грамотном подходе ZigBee можно использовать для автоматизации не только жилых домов, но и крупных рабочих помещений.
Компоненты сети разделяются на три типа: координаторы, маршрутизаторы и конечные устройства. Первые берут на себя функции управления сетью, т. е. в системе обязательно должен присутствовать хотя бы один координатор.
В роли маршрутизаторов выступают устройства-посредники. Они обязаны быть «на взводе» постоянно, и потому нуждаются в питании от электросети. Конечные устройства — это всевозможные датчики и контроллеры исполнительных устройств.
Они могут работать от комплекта батареек месяцами и даже годами.
В целом, ZigBee подходит для решения всех типовых задач, связанных с проектированием умного дома. При этом стоимость оборудования можно назвать умеренной, да и процесс монтажа относительно прост. Впрочем, есть у стандарта и небольшой минус: ZigBee-устройства разных производителей нередко оказываются несовместимыми.
Z-Wave — протокол беспроводной связи, который во многом схож с ZigBee — здесь и низкое энергопотребление, и поддержка ячеистой топологии сети. Эти стандарты также сопоставимы по стоимости оборудования.
Разумеется, при детальном изучении протоколов можно обнаружить некоторые различия в технической части, однако куда важнее тот факт, что их разработчики по-разному относятся к вопросу стандартизации. У Z-Wave с этим строго: все устройства, вне зависимости от фирмы-производителя, базируются на беспроводных модулях Sigma Designs (именно эта компания разработала протокол).
Как следствие, все они совместимы друг с другом. Также для данного стандарта выпущено меньше программного обеспечения, нежели для ZigBee, но зато оно гарантированно работает с любым оборудованием Z-Wave.
Таким образом, Z-Wave — это конструктор LEGO от мира умных домов. Да, это не самый дешевый и не самый надежный вариант, но для тех, кто хочет самостоятельно автоматизировать свое жилище, он подойдет как нельзя кстати.
Insteon пользуется большой популярностью в США, однако в Европу и Россию он пришел совсем недавно. Фактором, сдерживающим распространение, стала несовместимость изначальной версии протокола с нашими электросетями: как и X10, Insteon использует проводку здания для передачи сигналов.
Однако, в отличие от устаревшего конкурента, новый стандарт также поддерживает связь по радиоканалу, причем проводная и беспроводная сеть функционируют одновременно, дополняя друг друга и существенно повышая надежность автоматизированной системы.
Кроме того, у Insteon нет проблем с отзывчивостью, свойственных X10.
К плюсам Insteon также можно отнести ячеистую топологию сети и совместимость с устройствами X10: есть возможность постепенно перейти со старого стандарта на новый. Интересная особенность — возможность организовать работоспособную сеть без использования центрального контроллера. Конечно, в этом случае функционал умного дома будет сильно ограничен, но сам факт радует.
С точки зрения проектирования, заморский гость схож с Z-Wave: все жестко стандартизировано, значительная часть оборудования выпускается под брендом Insteon самими создателями протокола — фирмой Smartlabs.
Систему для умного дома на основе нового стандарта можно собирать постепенно, докупая необходимые компоненты по ходу. В общем, Insteon хорош.
К его минусам можно отнести разве что проблемы с доступностью нужного оборудования в России.
Sprut.ai
Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня мы расскажем о большинстве популярных и не очень протоколах, которые используются для связи устройств в вашем настоящем, или будущем Умном доме.
Мы надеемся, что данный текст поможет вам определиться с выбором девайсов, а возможно, даже прольет свет на некоторые проблемы, с которыми вы могли столкнуться.
Большинство протоколов используется в готовых решениях, о которых мы рассказывали Вам ранее, поэтому многие слова уже будут для Вас знакомы.
Беспроводные
Самый популярный вид протоколов. В основном – из-за более простой установки оборудования, но важную роль имеет и отсутствие необходимости вмешательства в ваш ремонт. Не многие задумываются об Умных домах на этапе поклейки обоев и штроблении стен под проводку. Среди беспроводных алгоритмов передачи данных мы выделим шесть наиболее известных:
Один из самых популярных протоколов. Используется повсеместно из-за своей низкой цены на модули и высокого энергосбережения.
Если вы сталкивались с устройствами для умного дома, то вы немного имеете представление о этом протоколе. Стандарт поддерживает Mesh сети, шифрование и прочие модные штуки.
Был создан в далеком 2006 году, как замена протоколам Bluetooth и WiFi, в силу повышенной скорости “просыпания” датчиков и более долгой жизни от аккумулятора.
Есть у протокола и изъян в безопасности, о котором мы писали ранее. К минусам также можно отнести пресловутый “вендор лок”, который не позволяет, например, датчик от Xiaomi подключить к шлюзу от Ikea. Эта проблема вас не коснется, если использовать USB стик, вроде Conbee или cc2531.
Aqara реле на ZigBee.Zemismart выключатель на ZigBee
Так же как и предыдущий обозреваемый, данный протокол работает по беспроводу. И так же умеет строить Меш сети. Устройства с этим протоколом получаются заметно дороже чем зигби, по причине высокой стоимости лицензирования чипа.
Надо понимать также, что вы можете столкнуться с невозможностью использования устройств для разных стран в совокупности. Это связано с разными частотами, лицензированными в разных странах. Если выберете этот путь – проще покупать все железки с евро частотой.
Во-первых – их больше, а во-вторых – они дешевле. Считается более надежным и изученным протоколом, в отличие от зигби.
НЕО COOLCAM Z-wave розеткаFIBARO Z-Wave Plus мульти-сенсор
Это пожалуй самый неудачный протокол для девайсов среды умного дома. Во-первых, в большинстве случаев вы сможете получить доступ к своим железкам только находясь рядом с ними. Во-вторых, даже находясь дома, радиус действия сильно меньше того же WiFi и прочих радио.
Нет, я не спорю, есть интересные решения, которые можно использовать, потому как альтернатива зачастую сильно дороже, но обычно это исключения из правил и их можно пересчитать по пальцам одной руки.
У Xiaomi например появились умные BLE Mesh лампочки, которым в теории и отдаленность от хаба не помеха, но хаб все равно нужен.
Bluetooth часы от Xiaomi с мультидатчикомУмный чайник Xiaomi с Bluetooth
IR
Еще более древняя технология, которую тащат в Умный дом исключительно для совместимости со старыми устройствами, не имеющими альтернативных каналов управления. К ним можно отнести кондиционеры, вентиляторы и некоторые люстры с пультом ДУ. Для интеграции этих, не особо умных устройств, используют так называемые ИК мосты.
Делать свое жилище умным, используя эту технологию в чистом виде – сущее безумие и никто (мы надеемся) так не извращается.
ИК, по сути, состоит из сплошных минусов: маленький радиус действия, большое количество непонятных визуально команд, необходимость считывать каждую команду руками, если у вас какое-то экзотическое устройство, ну и конечно же – пресловутое отсутствие обратной связи.
Tuya IR пульт для Яндекс.АлисыИК пульт Broadlink RM3 mini
Очень популярное решение для устройств, постоянно подключенных к электропитанию. В принципе, вариант имеет шансы на жизнь, но надо понимать, что это, в основном, устройства на частоте 2,4 ГГц, а с помехами в этом диапазоне бодаться просто бесполезно. Вот такая картина, например, у меня в не самом густонаселенном районе:
Не удивляйтесь, что ваши устройства могут работать нестабильно, а если вы будете пользоваться этой сетью и для мобильных устройств – скорость будет далеко не самая высокая.
Самым хорошим выходом в данной ситуации будет приобретение отдельной точки доступа для телефонов/планшетов/ноутбуков, причем крайне желательно, что бы она была 5Ггц, тем самым, вы разграничите по частотам важные устройства, и не привнесете дополнительных помех в систему умного дома.
WiFi Лампа XiaomiWiFi и Bluetooth модуль для DIY ESP32
Речь в данном разделе пойдет как об устройствах работающих на 433 частоте, так и на 868, в принципе работы которых, по сути, больше различий и нет. Это относительно старая технология, использовавшаяся, в основном, для управления светом и некоторыми беспроводными датчиками.
Минус ее в том, что в большинстве случаев работают эти устройства без обратной связи. То есть принцип примерно как в пультах от телевизора – вы отправляете команду на включение, и надеетесь, что ничего не заглючит, все будет окей и устройство ее примет.
Строить УД на этой радиотехнологии сейчас точно не стоит.
Однако несколько исключений из данного правила все-таки можно назвать. Это девайсы компании Noolite, предлагающей пользователям умные выключатели и датчики. А также термоголовки фирмы MAX!, работающие на частоте 868. Ну и наши партнеры Gidrolock и DeLumo также работают на частоте 868 МГц.
Что в итоге по беспроводу?
А в итоге у нас вполне жизнеспособные решения, за редким исключением. В зависимости от поставленных перед вами задач, определенного бюджета, или технических мировозрений, можно использовать соответствующие устройства.
Также никто не мешает вам совмещать одно с другим и комбинировать, например, Zigbee и WiFi, добавив к этому капельку Z-Wave. А кое-где, без комбинаций никак не обойтись. Zigbee шлюз от Xiaomi, например, общается с вашим телефоном и внешним миром через WiFi точку доступа.
Термоголовки от MAX!, которые работают на 868 частоте, также требуют для полноценной работы WiFi/Ethernet шлюз. А еще, при использовании совместно WiFi, Zigbee и Bluetooth, вы можете столкнуться с таким замечательным явлением, как “Интерференция”.
Протоколы работают на близких радиочастотах, и их волны могут накладываться друг на друга, образуя помехи:
Не стоит этого бояться, так происходит не у всех, но надо помнить данный факт при построении своей сети умных устройств. Ну и пожалуй, все вы наверняка знаете главного врага ваших беспроводных девайсов – батарейки. Да, к сожалению технологию, которая позволит питаться от одного элемента десятилетиями еще не изобрели, поэтому помните про своевременную замену элементов питания!
Проводные
В дальнейшем речь пойдет про интерфейсы связи, вокруг которых разные вендоры могут строить свои обвязки, поэтому для упрощения понимания мы тоже будем называть их “протоколами”. Протоколы этого же типа используются в быту рядовыми пользователями гораздо реже, в силу того, что провод, висящий посреди стены, толком никуда не спрячешь.
Да и заранее все предусмотреть не у всех получается. Но огромным плюсом проводов, несомненно, является как более стабильная работа устройств, так и независимость от встроенной батарейки, которые периодически все же придется менять. Пару из таких протоколов можно встретить в SprutHub и Wirenboard.
Итак, среди проводных протоколов можно выявить 5 наиболее часто используемых:
Наверное, самый популярный стандарт в проводных устройствах Умного дома. Протокол Modbus использует именно его как основу. Для связи приемника и передатчика используется одна витая пара, по которой передаются только данные. Питание как на приемник, так и на передатчик, необходимо подавать отдельно.
Общение в данной сети осуществляется путем передачи от передатчика к приемнику разницы напряжений на концах сигнальных проводов. Максимально возможное количество устройств, сидящих на одной линии, с учетом использования усилителей – 256, а максимальная длина кабеля может достигать 1200 метров.
В силу принципа работы протокола, необходимо обеспечить отсутствие наводок на дата кабель, поэтому на больших расстояниях очень желательно использовать экранированную витую пару.
По сути, у стандарта нет привязки к определенному вендору, и с тем же Wirenboard можно использовать и датчики других проиводителей, работающих по протоколу modbus.
С этим протоколом сталкивался практически каждый, кто пользуется домофонным ключом в виде таблетки:
Для связи устройства с приемником необходимо всего два контакта: дата и земля. В передатчике, обычно, устанавливается небольшой конденсатор, который, заряжаясь от данных контактов, дает питательную энергию самому чипу 1-wire.
Кроме домофонных ключей, сложно найти применение данной технологии для ее нарочитого использования, однако ее можно встретить повсеместно – в аккумуляторах сотовых телефонов и ноутбуков.
Используются они, в основном, для передачи несложных данных, в виде потребляемого тока, температуры и прочего.
I²C – еще один представитель протоколов с двухпроводным соединением устройств. Распространен в DIY среде как простой способ взаимодействия между платами, не требующий большого количества приемников. На одной паре проводников может быть подключено до 128 устройств.
Скорость передачи данных в данном протоколе – 100 Кбит/с, однако она может падать до 10 Кбит/с, в случае включения в общую шину медленных устройств. Именно этот протокол использует, например, контроллер Wirenboard для обмена данными с, подключаемыми непосредственно в стык к головному устройству, модулями.
Также в пример можно привести взаимодействие в DIY проектах платы ESP с OLED дисплеем в прошивке ESPHome.
Дорого, престижно, надежно. Наверное лучше устройства с этим протоколом не охарактеризуешь. Считается своеобразным айфоном на рынке домашней автоматизации. Цены на продукцию, в основном, соответствующие.
Как вам, например, двуклавишный выключатель от Schneider Electric за 22 тысячи деревянных? И это еще не самое дорогое решение. Ну и конечно же, для настройки и дальнейшего запуска своих девайсов, вам понадобится KNX контроллер, который весьма не дешев.
Протокол сложен в настройке и подойдет для реализации далеко не каждому покупателю энтузиасту. В свою очередь, данный стандарт гарантирует стабильность и надежность работы системы в дальнейшем.
Некоторым нашим читателям данный протокол тоже знаком. Его часто используют в автомобилестроении для связи бортового компьютера с периферией машины. Интересной особенностью данного протокола является обратная зависимость скорости передачи данных от длины проводников. Чем больше длина кабеля, тем медленнее получится передавать по ним информацию:
1 Мбит/с40 м500 кбит/с100 м125 кбит/с500 м10 кбит/с5000 м
В Быту применяется, в основном, в климатическом оборудовании, вроде котлов и кондиционеров, для обмена данными с управляющего пульта до мозгов устройства. Некоторые, используя специальные платы преобразователи, перехватывают команды и получают управление техникой в своем умном доме. В простонародье же мало где можно встретить использование этого протокола, как основного.
Итого по проводам
Как можно заметить, некоторые протоколы очень похожи друг на друга, а некоторые – абсолютно разные. Какие-то встречаются чаще, какие-то – реже.
Объединяет их всех, по сути, только использование кабеля, или кабелей для приема и передачи данных.
Кое-что можно использовать и в быту самостоятельно при построении сети, а остальное – настолько редкое или дорогое, что о нем приходится только читать статьи или наблюдать за работой, не вмешиваясь.
Заключение
Какие можно сделать выводы из нашего сегодняшнего опуса? Хороши оба типа используемых протоколов. И если правильно и грамотно подходить к созданию своей автоматизированной системе умного дома, то можно использовать как провод, так и радиоэфир.
Тяжело будет сделать незаметные проводные термоголовки для своих радиаторов, никто не будет спорить, что Z-Wave справится лучше. Так и в случае с только начавшимся ремонтом – проще протянуть провод до некоторых выключателей или датчиков. Не стоит зацикливаться только на одном типе протокола, они хорошо и в гармонии живут рядом друг с другом.
И именно это может позволить вам выстроить свое жилище таким образом, что бы оно приносило вам счастье, от его использования долгие годы.
Загрузка...
