Как сделать из старого компьютера умный дом

Обновлено: 07.07.2024

Представьте картину: вы входите домой, автоматически включается свет и приятный женский (мужской, впрочем — кому как) голос приветствует вас. Вы небрежно бросаете фразу в сторону микрофона: «Дом, включи мой компьютер». Через несколько секунд слышите привычный шелест кулеров своего родного железного коня.

Фантастика? Под хабракатом я хочу поделиться своими успехами в построении подобной системы у себя дома.

Будущее — сейчас

Все мы когда-нибудь видели подобные картины в зарубежных фантастических фильмах и мечтали: «Когда-нибудь такое будет и у нас». Спешу вас обрадовать — подобие увиденного можно реализовать уже сейчас и без гигантских затрат.

Небольшой экскурс в том, что сейчас называют «умный дом». Вот что скажет нам википедия:

«У́мный дом (англ. digital home) — жилой автоматизированный дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств. Под «умным домом» следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем в единый управляемый комплекс.

Важной особенностью и свойством „Умного дома“ отличающим его от других способов организации жизненного пространства является то, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека с жилым пространством, когда человек одной командой задает желаемую обстановку, а уже автоматика в соответствии с внешними и внутренними условиями задает и отслеживает режимы работы всех инженерных систем и электроприборов.

В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и сигнализации, воротами и прочим. В доме оборудованном системой „Умный дом“ достаточно одним нажатием на настенной клавише (или пульте ДУ, сенсорной панели и т. д.) выбрать один из сценариев. Дом сам настроит работу всех систем в соответствии с Вашим пожеланием, временем суток, Вашим положением в доме, погодой, внешней освещённостью и т. д. для обеспечения комфортного состояния внутри дома.»

В моем случае, я расскажу как организовать управление нагрузкой (розетки, лампы накаливания, etc) при помощи распознавания голосовых команд и озвучить все это неплохим русским голосом.

Технические подробности

1-wire

Для начала нам, конечно же, необходимо определиться с технологиями управления электропитанием устройств. На текущий момент таких имеется множество. Самая, пожалуй, простая, популярная и недорогая в реализации, это 1-wire от компании Maxim/Dallas. Технология 1-wire далеко не нова и известна уже около 10 лет. 1-wire широко применяется как в быту, так и в промышленных системах.

Преимущества 1-wire

Простая и понятная архитектура сети
Низкие требования к кабелям
Большая протяженность линии
Низкая стоимость и простота компонентов
Открытый протокол и доступное ПО для программирования
Возможность в определенных ситуациях обходиться без питания

Низкая скорость передачи данных
Обязательное наличие мастера, ведущего сети

Дело все в том, что устройства с точки зрения организации обмена данными пассивные элементы цепи. Компоненты 1-wire не могут без специального запроса посылать в сеть данные. Таким образом устройства не могут общаться друг с другом без «активного» ведущего. Элементы сети являются всегда ведомыми. Мастер в сети 1-wire только один. Именно он инициирует, контролирует и управляет работой сети и подключенных к сети устройств. В зависимости от используемого программного обеспечения, мастер 1-wire линии может по-разному работать со своими подопечными, но только он в конечном итоге может опросить состояние конкретного элемента, а также послать запроса на получение от этого элемента какой-либо информации. Например, если нам необходимо в режиме реального времени выводить значение температуры с множества датчиков, то мастер сети в цикле будет по очереди опрашивать эти датчики. Отвечать мастеру по сети может только одно устройство. В качестве мастера может выступать МК (микроконтроллер), который может при соответствующем ПО напрямую включаться в сеть 1-wire к одному из своих портов ввода-вывода. Мастером может выступать также ПК (персональный компьютер), использующий специальные элементы сопряжения, позволяющие соединять 1-wire с COM-портом или USB-портом компьютера, такие как DS9097 или DS9490.

Собственно, работа ПК в качестве контроллера нас и интересует. Специальный элемент сопряжения выглядит примерно так:

Как видно, это небольшой переходник, имеющий с одной стороны USB, с другой — разъем RJ-11 для подключения элементов сети 1-wire (элементы 1-wire мы можем вешать на стандартный телефонный кабель — дешево и сердито).

Другая технология под названием Х10 использует для передачи данных метод частотного уплотнения в обычной электросети квартиры.

Легка в установке
Никаких дополнительных проводов в квартире
Распространенный стандарт, много исполнительных элементов
Относительно низкая стоимость и простота компонентов
Не требует дополнительного электропитания

Медленная передача данных
Большинство элементов не поддерживает команду статуса (т.е. не узнать текущее состояние устройства)
Дороже чем 1-wire

Х10 подойдет ленивым и тем, кто не желает по каким-то причинам тянуть дополнительные кабеля. Я попал в ту и другую категорию, поэтому мой выбор остановился на Х10 =)

Будем считать, что с технологией управления электропитанием мы определились.

Едем дальше — видеонаблюдение

Ведь хочется иногда посмотреть, что творится дома, пока вы на работе, в отпуске, на даче, etc? У меня есть домашние питомцы и при длительном отсутствии хочется посмотреть на них и даже поговорить. Цели могут быть разными. Что нам для этого потребуется?

В первую очередь — компьютер. Он будет ядром, головой нашей системы «умный дом». Именно к нему мы подключим управление электропитанием наших домашних устройств посредством мастера сети 1-wire или Х10, к нему же мы подключим и камеры видеонаблюдения. В моем случае, я выбрал обычные простые web-камеры среднего качества. Подключаться все будет через USB. Ограничение на длину кабеля в 5 м, обходилось мной в виде покупки длинных активных USB кабелей, где возможно, и связкой кабелей через USB-хабы с внешним питанием (возможно, кто-то предложит другое решение — буду рад услышать). У меня вышло в итоге 4 веб-камеры для всех помещений квартиры.

Учим компьютер понимать нас и разговаривать

Объединяем

Самым удобным интерфейсом управления умным домом и связкой ПО я счел веб-интерфейс. Координированием работы ПО будет заниматься специально написанный демон на perl

Подводим итоги

В этой небольшой статье я рассмотрел минимально необходимые, с моей точки зрения, компоненты нашего «умного дома». Тут нет технической реализации — только краткий теоретический обзор. В следующих статьях я по-шагово опишу каждый компонент системы, его техническую и программную реализацию.

В закладки

Не первый год разработчики электроники демонстрируют красивые рекламные ролики про умные дома будущего с удобным управлением и беззаботной настройкой. К сожалению, на практике все очень далеко от идеала.

Что нам понадобится для сборки хаба

▸ Блок питания для Raspbery Pi. Подойдет практически любая зарядка от смартфона, которая выдает 2А.

▸ Карта памяти Micro SD объемом 8 ГБ или более. Еще одна штука, которая, скорее всего, и так есть у каждого.

▸ Специальный стик SprutHub с поддержкой ZigBee или Z-Wave протокола.

▸ Картридер для подключения Micro SD карты к компьютеру (только для первоначальной загрузки прошивки).

▸ Компьютер на macOS, Windows или Linux для загрузки образа на карточку.

Полный бюджет проекта (если покупать все компоненты хаба) составит около 7000 рублей. Это немного дороже уже готовых хабов других производителей, но при этом такое решение имеет массу преимуществ, о которых поговорим ниже.

Как все собрать и настроить

1. Скачиваем уже знакомую утилиту balenaEtcher для записи образов на карты памяти. Есть версия для любой настольной операционной системы.

3. Подключаем карту памяти к компьютеру.

4. В приложении balenaEtcher выбираем загруженный образ SprutHub в качестве исходного файла и подключенную карту памяти в качестве целевого диска.

5. Нажимаем кнопку Flash и ждем несколько минут до окончания процесса записи и проверки образа.

7. Через пару минут после запуска хаб создаст специальную сеть Wi-Fi. Подключаемся к ней с компьютера или смартфона и в появившемся диалоговом окне предоставляем хабу доступ к домашней Wi-Fi сети.

8. Хаб сохранит параметры и перезагрузится, подключившись к указанному Wi-Fi.

9. Остается лишь перейти на специальную страницу настроек хаба (через браузер на любом устройстве в сети), создать учетную запись и активировать подключенный к хабу стик.

На этом процедура сборки и настройки хаба завершена. На весь процесс уйдет не более 15 минут. На моей памяти, это самый простой, понятный и быстрый способ создания хаба для умного дома.

Как пробросить хаб в HomeKit

Установленная в качестве образа сборка SprutHub является полностью авторской разработкой и доступна только для покупателей любого из стиков компании.

Посетителям нашего ресурса интереснее всего будет интеграция именно с умным домом от Apple, этим сейчас и займемся.

1. Запускаем приложение Дом на iPhone, iPad или Mac.

3. В диалоговом окне выбираем пункт Нет кода или возможности его сканировать.

4. Указываем найденный при поиске SprutHub.

Вместе с хабом будет предложено добавить еще пару устройств: Сигнализация и кнопка Поиск. Первая нужна для настройки и активации различных сценариев, связанных с приходом или уходом из дома, а вторая и есть та самая волшебная кнопка SprutHome, которая делает хаб самым удобным хабом для умного дома.

Как видите, и на этом этапе нет никаких сложностей, премудростей и танцев с бубном. Аналогичную процедуру придется проделать с любым хабом других производителей.

Что делать дальше

Именно эта кнопка и будет запускать магию SprutHub. После нажатия на переключатель начинается 30-секундный процесс поиска гаджетов в ZigBee/Z-Wave диапазоне (зависит от подключенного стика).

Умные устройства в режиме сопряжения находятся системой и подключаются к умному дому. И это весь процесс сопряжения новых устройств. Это даже проще и быстрее, чем самый удобный на данный момент способ подключения гаджетов от Apple.

Процесс сопряжения гаджетов с хабом выглядит следующим образом:

Вам не придется сканировать QR-код на коробке гаджета или искать эту коробку через год, когда она потеряется, а устройство нужно будет переподключить к другому хабу, не нужно вводить специальные коды, выбирать гаджеты из списка или загружать дополнительные плагины в приложении.

Еще раз повторю: весь процесс сопряжения нового гаджета заключается в нажатии на переключатель поиска из приложения Дом и зажатии кнопки сопряжения на самом устройстве. Вот это действительно умный дом в лучших традициях Apple.

Какие преимущества дает SprutHub

Веб-интерфейс, который будет доступен в ближайшее время в любом браузере

Всего за пять-семь минут мне удалось перевести на новый хаб полтора десятка своих ZigBee гаджетов от Xiaomi/Aqara.

Управлять гаджетами можно через родное приложение Дом на iPhone, iPad или Mac. Можно использовать более удобное и приятное приложение SprutHome, которое разрабатывается теми же ребятами и изначально заточено под все фишки хаба.

Кроме этого вы можете запустить веб-интерфейс, которые дает все возможности мобильного приложения через браузер на большом экране компьютера. То есть управлять хабом получится через любой мобильный гаджет или компьютер без привязки к производителю или операционной системе . Это и есть первый значимый плюс решения.

Если сравнивать SprutHub с тем же хабом от Aqara, то вам не придется наблюдать тормозящее и долго загружающееся приложение Mi Home либо ограничиваться утилитой Дом на iPhone, в которое при этом пробрасываются далеко не все гаджеты от Xiaomi.

Просто посмотрите на скорость передачи сигнала от хаба к умной лампочке (смотреть со звуком):

Второй ключевой фишкой является именно быстрое и простое подключение устройств , о котором уже рассказывал выше. На данный момент таким способом можно подключить более 200 ZigBee устройств или почти 100 Z-Wave гаджетов от разных производителей.

В перечень входят самые популярные и распространенные на рынке умные гаджеты, все новые устройства быстро появляются в списке поддерживаемых, а при необходимости пользователь сможет добавить поддержку неизвестного устройства самостоятельно.

На данный момент хаб сможет подключиться к самым распространенным умным гаджетам с соответствующим протоколом связи, которые есть у вас в доме. Один стик уже сейчас уверенно держит связь с 250 устройствами! Разработчики уверяют, что это не предел.

Для работы обязательно требуется фирменный хаб, а если и разрешат совместить гаджеты других производителей, то подключение будет происходить через пару облачных серверов с потерями сигнала и долгим временем отклика. SprutHub лишает вас данного недостатка и позволяет пользоваться любыми понравившимися гаджетами без привязки к компании производителю.

При этом будет поддерживаться все возможности умных устройств, сохранение их настроек и обновление ПО.

Раз уж заговорили про облака, то здесь есть еще одно неоспоримое преимущество собранного нами хаба. Все сценарии автоматизации, команды для взаимодействия гаджетов и управления устройствами будут осуществляться на SprutHub локально . Никаких сторонних серверов, облаков и подключения через интернет.

Вся электроника в доме будет управляться вне зависимости от наличия подключения к сети, облачный коннект потребуется лишь для работы голосовых ассистентов, но это ограничения последних. Алиса и Сири даже в нативных устройствах не работают без подключения к сети.

А еще готовая система умеет настраивать группы гаджетов и даже создавать виртуальные устройства . Это может пригодиться в разных сценариях использования.

Например, можно объединить несколько умных лампочек в комнате в одно виртуальное устройство, которое станет единым выключателем или кнопкой для настройки их цвета либо яркости.

Можно и вовсе создать виртуальное устройство, которого у вас нет физически, из разных умных гаджетов. Например, термостат из термометра и розетки или увлажнитель из выключателя и датчика влажности. Для таких гаджетов полностью задается логика работы, пороги срабатывания или отключения. Круче всего, что подобные виртуальные устройства будут отображаться в приложении для управления (в том числе и HomeKit) в качестве реального термостата или увлажнителя.

Кому подойдет такой SprutHub

Еще такое устройство пригодится тем, кто решил расширить парк своих гаджетов и хочет выйти за рамки экосистемы одной компании.

SprutHub станет отличным вариантом для повышения надежности умного дома, ведь он работает локально и не зависит от наличия сети. Если существующие решения для умного дома работают неотзывчиво или часто теряют команды, можно рассмотреть такой хаб.

Главное, что необходимо помнить, собираемый таким способом SprutHub это не готовое решение из коробки, а система с настройкой и наладкой которой придется немного повозиться. Откровенные домохозяйки это вряд ли осилят, но большинство подкованных пользователей запросто добьются от хаба всего необходимого. Настроить такую систему гораздо проще чем какой-нибудь HomeBridge.

Так будет выглядеть уже готовый SprutHub нового поколения

Устройство размером с небольшой TV-бокс заменит собранный нами самодельный хаб, будет уже поддерживать ZigBee и Z-Wave, а еще сможет работать с Wi-Fi устройствами. Такие гаджеты можно подключить и к собранному нами хабу, но подключать и прописывать их придется полностью в ручном режиме.

Новый SprutHub будет уметь все это из коробки и будет выпускаться с предустановленным набором ПО. Именно это решение и будет рассчитано на всех пользователей вплоть до домохозяек и далеких от мира технологий юзеров. Обсудить описанный в статье стик, будущего коробочное решение, задать вопросы или высказать предложения можно в специальном Telegram-чате.

Мы обязательно протестируем такой хаб, как только он появится в продаже и расскажем обо всех его фишках и особенностях.

(63 голосов, общий рейтинг: 4.67 из 5)

В закладки

Высокие технологии перестают быть чем-то недоступным, принадлежащим только учёным в их лабораториях. Они входят в быт человека всё плотнее, обеспечивают уют и комфорт. Одним из наглядных примеров, ранее встречавшихся только в фантастических романах, является система «умный дом», позволяющая снять с владельца массу забот: автоматизировать управление всеми коммуникациями, снизить расходы на отопление и электроснабжение, увеличить удобство и безопасность жилища. В реальности это компьютерная технология, логичная и понятная всем желающим разобраться в её устройстве, позволяющая создать эту систему своими руками.

Что такое «умный дом»

Это высокотехнологичная система автоматизации, управляющая всеми системами, инженерными коммуникациями или устройствами жилого помещения. Проще говоря, это процессор, осуществляющий надзор и согласование работы всех подключённых к нему устройств.

Большинство проблем, возникающих перед жителями, происходит из-за недостатка внимания, проявленного к тому или иному коммуникационному узлу или подсистеме. Отопление, водоснабжение, электрические сети дома — все эти группы оборудования периодически выходят из строя вследствие не обнаруженных вовремя мелких неисправностей, понемногу выросших до размеров серьёзной проблемы. Комплекс же осуществляет постоянный контроль за функционированием коммуникаций, вовремя предупреждает о возникающих угрозах или возможных неисправностях.

Структура комплекса рассчитана на максимальное удобство для пользователя, например, есть возможность управлять всей системой с помощью смартфона

Благодаря этой технологии становится возможным запрограммировать время включения или отключения того или иного узла, переход с одного режима работы на другой. Например, организовать ежедневное включение/отключение уличного освещения, увеличение или снижение температуры в отопительной системе в зависимости от погодных условий. Появляется возможность управлять электронными устройствами всего дома при помощи одного пульта, позволяющего включить ДВД-диск в гостиной, но смотреть его по телевизору, установленному на кухне, если так удобнее владельцу.

Возможности такой системы велики и зависят только от видов и вариантов реализации.

Существует множество разновидностей комплекса, каждая со своими плюсами и минусами, которые удобней всего рассмотреть в таблице.

быстрота отклика проводных устройств;
нет риска перегрузки передающей шины разными командами, то есть «зависаний» и сбоев в работе.

сложная установка, требует времени и трудозатрат;
необходимость монтажа во время строительства, для готовых домов неприемлемы

необходимость частой замены батареек в элементах управления;
связь с базой по радио несколько ограничивает функциональные возможности.

Разработка новых, усовершенствованных видов этой технологии происходит непрерывно. Постоянно появляются обновлённые или созданные заново варианты программного или конструктивного решения, способные выполнять более сложные и ответственные задачи.

Преимущества и недостатки

«Умный дом» — сложная и многофункциональная система, несомненно обладающая рядом достоинств:

Возможность установить в помещении и настроить по собственным параметрам любой её вид, от безопасности до водоснабжения или отопления.
С первых дней функционирования этот комплекс позволяет экономить до 30% расходов на содержание дома.
Высокий уровень комфорта.
Возможность использовать эту систему не только как управляющего, но и как источник развлечения.

В рамках этой технологии можно настраивать не только работу аудио- и видеотехники, но и, например, температуру воды в бассейне

Однако с ней связаны и не самые приятные моменты:

Высокая стоимость. Это основная проблема, ограничивающая распространение технологии. Расходы на приобретение и монтаж слишком высоки, а выход из строя некоторых узлов системы иногда не подлежит восстановлению по причине неподъёмных цен.
Сложность прокладки проводов для системы. Эта процедура является весьма трудоёмкой, доступна только на этапе строительства (внутренней отделки). Если заменить систему на беспроводной вариант, её стоимость мгновенно увеличивается в несколько раз.
Необходимость иметь отдельное помещение или пространство для установки оборудования. Для небольшого жилища этот момент становится не менее проблематичным, чем остальные. Понадобится резервный источник питания, стабилизаторы напряжения, защищающие узлы с блоком управления от перепадов напряжения. Все это необходимо где-то установить, обслуживать или ремонтировать.

Несмотря на существующие сложности, установка этой системы становится все более востребованной и распространённой.

Подготовительные работы перед монтажом своими руками

Прежде чем приступить к непосредственной установке системы, необходимо произвести некоторые подготовительные работы:

Выбрать определённый тип, доступный по техническим и финансовым позициям.
Создать подробный проект, рабочий чертёж всей системы.
Обследовать дом и оценить состояние коммуникаций, их готовность к установке элементов управления и датчиков контроля.
Определить наиболее удобное место для монтажа, установки и расположения основных узлов и элементов комплекса.

Некоторые разновидности системы нуждаются в наличии компьютера, на котором устанавливаются необходимые программы, создаётся сайт дома, отображающий схему системы и основные элементы управления. Настройка и регулировка такого комплекса производится с пк, планшета или смартфона.

Подобное расположение иконок, отвечающих каждая за свой «участок», делает управление системой значительно проще

Выполнение подготовки требует чёткого понимания принципов работы, конфигурации, особенностей или устройства выбранного комплекса. Если познаний не хватает, придётся ознакомиться с устройством системы и получить необходимую информацию или отказаться от затеи организовать настолько сложный комплекс, задействуя только свои руки и голову, и обратиться за помощью к специалистам.

Схема «умного дома»

Перед началом работ по установке необходимо составить схему, позволяющую определить все точки монтажа, способы соединения, коммуникации и контроля за элементами.

Схема комплекса включает в себя множество элементов, например, камеры, видеосервер, датчики исполнители

Схематическое изображение позволяет наглядно представить себе конфигурацию, принцип действия системы, определить наиболее ответственные её узлы и участки. Она состоит из трёх основных групп элементов:

Датчики. Они являются «органами чувств» системы, сигнализирующими об изменениях или обнаруженных нарушениях.
Исполнительные элементы, механизмы. Эти устройства осуществляют непосредственное воздействие на коммуникации, изменяют режим работы, переключение или регулировку.
Приборы управления, контроллеры, серверы. Это центральная часть системы, производящая контроль, выполняющая установленные программы и управляющая её функционированием.

Это поможет наглядно представить себе конфигурацию, обнаружить допущенные ошибки, составить спецификацию на состав системы.

Пошаговая инструкция по изготовлению

Для сборки системы своими руками лучше всего приобрести готовый набор, соответствующий потребностям и возможностям дома или квартиры. Порядок монтажных работ подробно изложен в руководстве пользователя, с которым необходимо внимательно ознакомиться перед началом работ и постоянно сверяться во время практических действий.

Процесс установки комплекса состоит в подключении к центральному процессору исполнительных элементов и датчиков. Порядок действий следующий:

Установка датчиков контроля.
Монтаж исполнительных элементов — сервомоторов, переключателей, кранов и т.д.
Подключение устройств к соответствующим разъёмам платы процессора.

После завершения монтажа производится пробный запуск, настройка системы.

Для некоторых подсистем разрабатываются отдельные небольшие схемы

Рекомендуется начинать с простейших функций и постепенно переходить к более сложным операциям. Сразу программировать многоступенчатые режимы работы не следует, сначала надо отрегулировать, настроить систему при помощи элементарных действий.

Особенности установки в коттедже и квартире

Состав и конфигурация комплекса в значительной степени привязана к типу или размерам помещения.

Для частного дома, коттеджа или дачи актуальны подсистемы отопления, водо- и электроснабжения, которые нередко используются в автономном режиме.
Для квартиры, подключённой к централизованным сетям, управление этими элементами сводится к своевременному включению или отключению. Нередко эти элементы вообще не включаются в состав системы.

Количество исполнительных механизмов, задействованных в комплексе, возрастает с увеличением автономности жилища. Чем меньше зависимость от сетевых или прочих ресурсов, поставляемых со стороны, тем больше наполненность комплекса управления, выше его ответственность и значимость для жизнеобеспечения жилища.

Элементы управления: голосовые и ручные

Существует две группы этих элементов:

Беспроводные. Используют для связи теле- или радиотехнологии.
Проводные. Присоединяются посредством специального кабеля (иногда — с помощью обычной витой пары), имеют быстрый отклик на команды, высокую степень надёжности.

Управление функциями системы может производиться с разных устройств:

Пульт управления.
Панели управления.
Блок управления, щит — все эти три вида подразумевают использование кнопок или сенсорного экрана.
Планшет, смартфон, пк — здесь можно задействовать и голосовой способ.

Пульты относятся к беспроводным устройствам и в основном применяются на комплексах с закрытым кодом. Панели управления имеют стационарный тип установки, обычно оборудуются сенсорным экраном.

По желанию заказчика может устанавливаться стационарная система корректировки работы комплекса

Способ коммуникации с исполнительными элементами одинаков для всех видов устройств, поскольку в конечном счёте команды приходят на процессор, который передаёт их определённому механизму.

Монтаж системы «умного дома» доступен подготовленным людям, представляющим себе принципы и особенности устройства комплекса. Неуверенность в своих силах, непонимание каких-либо моментов являются основаниями для обращения к специалистам. Ошибки, допущенные при монтаже этого сложного комплекса на даче или в квартире, могут вызвать серьёзные последствия, поэтому надо реально оценивать свои возможности, чтобы созданная система могла принести лишь дополнительный комфорт.