Опыт построения умного дома на Raspberry Pi и открытой платформе OpenHAB. Часть 1

Два года назад у нас появился загородный дом. Только сейчас, во время пандемии, мы поняли, что это была инвестиция, а не трата бабла повышение уровня жизни. Изначально планировали жить на два дома квартира в городе и дом за городом. Поэтому появилось желание автоматизировать его по максимуму. Ну, как минимум, чтобы зимой можно было прогреть дом перед приездом.

Эта статья не является полной инструкцией что и как делать, а больше сборником куда копать и что почитать или посмотреть, чтобы сделать самому.

Тем не менее вы найдете для себя много полезной информации и ссылок, а главное при минимальных навыках поиска информации в интернете вы сможете сами найти все необходимые пошаговые инструкции. В наш век DIY (Do It Yourself, самоделки), вы все можете получить в виде 5-20 минутных делай-как-я видео инструкций. Нынче никто уже не пишет по-старинке.

Перед началом эпического описания собранной системы несколько наблюдений. Если вы хотите умный дом так как вы хотите, вам придется делать его своими руками. Эта истина все еще свежа как и два года назад. К сожалению, производители с мировым именем выпускают какое-то барахло, непонятно кому и зачем нужное. Вы можете накупить множество различных штук, каждая из которых будет автоматизировать одну определенную задачу, но собрать все воедино в одном приложении нереально. То одного нет, то другого. Несмотря на весь хайп вокруг IoT, плаг энд плеем это так и не стало.

Для начала расскажу что и как было сделано до начала автоматизации и какие наиболее актуальные задачи стоят.

Итак, характеристики того что есть.

1. Дом 2 этажа, 140 кв.м, брус.
2. В доме 15 КВт электроэнергии
3. Разводка электрики сделана в щиток на DIN рейку. Щиток правда барахло, надо бы поменять, на что-нибудь получше, но пока довольствуемся тем что есть, уж очень геморройно будет все переделывать
4. Водоснабжение скважина 35м и колодец 15м. В колодце 2 насоса, один полив участка, дает где-то 2.5бар, и харьковский скважинный на водоснабжение дома (планируется переезд на скважину, если мы поймем, что там вода лучше). В скважине маленький насос из разряда чтобы был и скважина не заиливалась, что-то типа малыша. Сейчас не используется, но думаем все-таки перейти на него. Вода в дом подается через джилексовский "Краб 24". Точно такой же "Краб 24" стоит в колодце для управления насосом на полив.
5. Так как все новое, все освещение изначально делаем только на светодиодах.
6. Разводка довольно грамотная, по комнатам. Каждая комната заведена на свой автомат 16А.
7. Обогрев организован радиаторами с разводкой пластиковыми трубами по всему дому.
8. Теплоноситель в батареях зимний, что-то типа тосола. Но при падении давления предусмотрен клапан добавить давления в систему.
9. Обогрев осуществляется электрическим котлом Protherm, 12кВт, достаточно умным, чтобы уметь поддерживать заданную температуру теплоносителя и ограничивать свою мощность двумя-четырьмя-шестью-восемью и двенадцатью киловаттами.
10. Горячая вода два электрических водонагревательных котла. Один на ванную комнату, чтобы можно было мыться и принимать ванну (100л) и один в кухне, мыть посуду, литров 15.
11. Канализация септик Юнилос, живет своей жизнью. Все что нужно подача электричества.
12. Internet Gpon, 70Mb/s. Я когда своим коллегам из Европы рассказываю, что у нас в деревне в 80км от Москвы есть оптика, они делают круглые глаза. Я сам сделал круглые глаза когда уже после покупки дома во второй свой приезд, увидел оптический кабель на столбе напротив моего дома.
13. Apple TV. Ну не смотрим мы TV, зато нетфликсы и другие стрим сервисы вполне себе.

Что хотелось иметь:

1. Управление котлами (2 водонагревательных), один системы отопления.
2. Управление светом на улице в темное время суток. Включать с закатом, выключать с рассветом.
3. Управление светом дома из разряда когда-нибудь.
4. Управление поливом. У нас есть 12 грядок, засаженных горохом и клубникой. Ну и зелень к шашлыкам.
5. Система видеонаблюдения на будущее, пока дом на пультовой охране Дельта.

Забегая вперед, все удалось реализовать, кроме света в доме и видео. Это как оказалось самый очевидная, но и самый бесполезный функционал. Как нибудь все равно сделаю.

Итак, проект начал два года назад не имея большого опыта в домашней автоматизации, зато с опытом системного администрирования Windows. Не сказать что я когда-либо был продвинутым Linux-администратором, но кое что умею. А еще у меня есть коллега, который если что может подсказать.

Первое что пришлось делать выбирать платформу. Вариантов много, кто-то использует Domoticz https://www.domoticz.com/, мой же выбор пал на OpenHAB. Во многом благодаря вот этому видеоблогу: https://www.mksmarthouse.com/. Видео на YouTube: https://www.youtube.com/results?search_query=mk+smarthouse.

Почему выбор пал на нее:

• Она очень гибкая, можно сделать все что угодно.
• Есть коннектор в мир автоматизации Apple Home Kit.
• Работает на Raspberry Pi.
• Есть свое приложение для телефона и свой Cloud для работы с ним.

Второе железо. Как работник Broadcom, не могу заставить себя купить какой-нибудь Intel ;))) Есть две вещи, в котором BCM лучше всех в масс-маркет сегменте, это чипы для Raspberry Pi и чипы для роутеров :). Ну а если еще более развернуто, то мне хотелось дополнительно к автоматизации дома на своем собственном проекте посмотреть как обстоят дела в мире embedded-систем, что там с ARM, что там с софтом. Ну и сам по себе комп за 50 баксов (на самом деле дороже из-за корпуса, флэшки и блока питания), это же круто. Очень хотелось попробовать. Это был мой первый RaspPi, поэтому все было интересно.

Кроме этого, для того, чтобы что-то сделать рабочее, нужно чем-то как-то управлять. На связке OpenHAB-RaspPi управлять можно выводами GPIO RaspPi и через WiFi с протоколом MQTT (Mosquito) https://mosquitto.org/man/mqtt-7.html. Если вы еще не знаете, что это, советую почитать про него. Это легковесный message-based протокол, который может работать на самых простых микроконтроллерах. Я честно думал, что буду собирать сам датчики на ардуинках, даже купил две. Но практика показала, что все есть готовое и надо только его правильно подать (перепрошить). Об этом речь пойдет во второй части.

В качестве устройств которыми управлять после недели поисков в интернете и просмотра блогов (видеоблогов, каюсь), выбрал следующие два устройства:

- Контактор ABB. Этот зверь нужен мне чтобы коммутировать высокомощную нагрузку, а именно обогрев дома. Но он работает от 220В, а мой RaspPi дает на вывод GPIO значительно меньше. 

Для того, чтобы запитать такого зверя мне понадобились реле. Паять желания нет, да и кто сейчас такое паяет. Идем в Чип и Дип (не реклама) или любой другой магазин электроники и покупаем. Рублей 300.

Пока писал, подивился, оказывается появились прямо готовые платки с реле для крепления на борду моей малинки. https://www.chipdip.ru/product/rpi-relay-board. Куплю как-нибудь.

Итак, железо собрано. Теперь дело за софтом.

Первый этап накатываем OpenHABian. Это образ, который надо распаковать на флэшку вашего будущего сервера домашней автоматизации. Качаем отсюда, https://www.openhab.org/download/, там же есть подробная инструкция что и как. Потом вставляем флэшку в малинку, подключаем питание и ждем часик. В этот момент установочный скрипт сам все для вас настроит. Далее вы заходите на веб-мордочку и администрируете там. Кроме этого, у системы есть несколько текстовых файлов, которые приходится время от времени править ручками. Sitemap, Items и Rules, предназначенных для различных нужд. Например в Sitemap вы описываете то, что будет в вашем управляющем софте. То есть кнопочки и переключатели-выключатели. В Rules можно писать разные правила, например там я сделал включение-выключение света в темное время суток по астрономическим данным. Items описывает ваши устройства, которыми вы управляете. Прежде чем умело начать всем этим пользоваться, я смотрел пошаговые видео инструкции от уже упомянутого подростка mk-smarthome.

Второй этап сборка схемы в электрощитке. Установка контактора, блока реле, проводки между ними. С GPIO я подаю сигнал на блок реле, а уже оттуда 220V AC на контактор. Контактор включает 12КВт электропечку.

Ну и третий этап конфигурируем наше только что собранное в софте OpenHAB.

Я сделал это за первый вечер. Итогом моей работы стало рабочее приложение на айфоне (а также на андроиде или просто в браузере), которое через свое родное облако связывается с моим Raspberry Pi с OpenHAB. Это особо важно при выборе платформы, чтобы самому не заниматься написанием кода для своего телефона, не устанавливать клаужных серваков и.т.д. И все это забесплатно. То есть по цене оборудования. Софт OpenHAB безвозмезден.

Что омрачило мои занятия так это борьба Роскомнадзора с Телеграммом. Если помните, они начали банить все IP-подсети подряд. В том числе и github, OpenHAB.org, и.т.д. И если основные ресурсы пришли в себя довольно скоро, то вот OpenHAB, которым в РФ пользуется, видимо, три инвалида включая меня еще год работал с косяками. Нет, не в боевых своих функциях, а в моменты апгрейдов и апдейтов софта. Я год ходил на сайт OpenHAB через анонимайзер-прокси Это убедило меня, что с IoT в нашей стране все грустно. Еще одно замечание в сторону OpenHAB. Не надо апгрейдить рабочую конфигурацию. Сделайте бэкап всего и вся перед любыми подобными действиями. При переходе на какую-то новую мажорную версию я как-то зимой оставил себя без обогрева Пришлось сначала подключать все байпассом, чтобы не замерзнуть, а потом полночи чинить сломанную конфигурацию. При переходе на новые версии у них меняются форматы, подходы и.т.д.

Вот так в итоге выглядит мое приложение.

Через пару недель я реализовал программный термостат в OpenHAB, используя беспроводной датчик температуры-влажности на Sonoff TH16 (ардуиноподобный китайский процессор ESP8266 с вайфаем и релюшечки типа уже продемонстрированной сверху). Но обо всем этом во второй части. А пока пишите что вам рассказать поподробней. Во второй части добавлю.