Защита, контроль, управление

Где должны быть фаза и ноль в розетке?

Admin — Sat, 03 May 2025 15:00:52 GMT

Сервер домашней автоматизации Home Assistant

Admin — Wed, 05 Feb 2025 03:30:17 GMT

Подробный обзор одного из вариантов исполнения сервера домашней автоматизации Home Assistant, построенного на основе Raspberry Pi и периферийных устройств.

Устройство для измерения сопротивления петли фаза-ноль и тока КЗ

Admin — Fri, 22 Nov 2024 17:30:23 GMT

Использованный в этом устройстве принцип измерения сопротивления петли фаза-ноль отличается от принципа измерения, используемого в специализированных приборах типа ИФН. Он основан на разности напряжения холостого хода и напряжения под нагрузкой в сети. Это работает следующим образом.

Сначала измеряется действующее значение напряжения и данные записываются в регистр U1. После нажатия кнопки «Измерение» включается реле управления нагрузкой, в качестве которой используется электрочайник мощностью около 2 кВт. За счет подключения мощной нагрузки напряжение в сети падает и величина падения напряжения напрямую связана с сопротивлением петли фаза-ноль – т.е. чем больше сопротивление, тем больше происходит и просадка напряжения. Измеренное под нагрузкой напряжение записывается в регистр U2, и реле отключает нагрузку от сети.

В принципе, на этом физический процесс измерений заканчивается, и далее выполняется математический расчет сопротивления петли фаза-ноль и тока КЗ. Сначала из регистра U1 вычитается значение регистра U2. Разность напряжений умножается на сопротивление нагрузки, которое в данном случае составляет 27 Ом. Потом результат делится на значение регистра U2, т.е. напряжения под нагрузкой и получается сопротивление петли фаза-ноль. Затем производится расчет тока КЗ делением напряжения 220В на сопротивление петли фаза-ноль и оба параметра выводятся на дисплей устройства.

Ниже приведена принципиальная схема устройства:

Основу устройства составляет микроконтроллер PIC 16F676. Это, пожалуй, самый простой микроконтроллер данного семейства, имеющий на борту встроенный АЦП, необходимый для измерения напряжения и достаточное количество портов ввода/вывода.

Сетевое напряжение выпрямляется с помощью диода VD1 и подается на делитель R2R3R4. С помощью резистора R3 выполняется регулировка напряжения на входе АЦП микроконтроллера в диапазоне до 5В для установки на дисплее показаний, соответствующих действующему напряжению в сети.

Цепочка R5C3 служит для сброса и инициализации микроконтроллера при включении устройства в сеть.

Транзисторный ключ VT1 и реле К1 предназначены для коммутации мощной нагрузки R1. Для подавления самоиндукции в момент переключения реле, оно зашунтировано диодом VD2. К сожалению, пока мне не удалось подобрать подходящую малогабаритную и мощную нагрузку мощностью около 2 кВт, поэтому временно для этих целей используется обычный электрочайник с сопротивлением нагревательного элемента 27 Ом.

Показания напряжения, сопротивления петли фаза-ноль и тока короткого замыкания отображается на двухстрочном алфавитно-цифровом дисплее типа LCD 1602. Используемый конкретно в этом устройстве дисплей не поддерживает знакогенератор кириллицы, поэтому все сообщения выводятся латинскими символами. Резистором R9 производится регулировка контрастности дисплея.

В отличие от промышленных приборов, этому устройству не требуется автономный аккумуляторный источник питания, он питается непосредственно от измеряемой цепи с помощью готового блока с выходным напряжением 5В. В его качестве вполне подойдет зарядка от телефона.

Кнопкой SA1 производится измерение, а кнопкой SA2 сброс показаний.

Конструктивно устройство собрано на двух платах. На верхней плате расположены микроконтроллер, дисплей и кнопки управления, а все цепи 230В расположены на нижней. Обе платы соединены между собой 4-х жильным шлейфом.

Архив: Принципиальная схема, прошивка микроконтроллера, модель устройства для симуляции в Proteus

Подключение к ESP8266/ESP32 через бот Телеграм. Создание бота Telegram.

Admin — Fri, 18 Aug 2023 03:35:39 GMT

Подробный разбор схемы и рассмотрение программного кода ESP8266 (ESP32), предназначенного для управления и контроля с помощью бота Телеграмм.

Управление кондиционером через Home Assistant

Admin — Sun, 30 Apr 2023 15:09:01 GMT

В обзоре рассмотрена интеграция кондиционера в систему домашней автоматизации Home Assistant с организацией обратной связи от кондиционера. Отсутствие такой связи является главным недостатком различных эмуляторов пультов дистанционного управления, которые обычно применяются для таких целей. Кроме того, приведена схема и код для ESPHome, как сделай эмулятор пульта самостоятельно из ESP8266 и нескольких дополнительных деталей.

Aвторские проекты

Admin — Thu, 10 Feb 2022 20:52:35 GMT

На сайте http://lock.3dn.ru вы найдете подробные описания, принципиальные схемы, печатные платы, прошивки микроконтроллеров, даташиты элементов, модели для электронных симуляторов и многое другое. Используя представленную информацию, вы сможете самостоятельно повторить любое из рассматриваемых устройств. Они имеют различное функциональное назначение, поэтому весь материал разбит на несколько тематических групп.

В разделе авторского блога размещены статьи на различные темы, касающиеся вопросов радиоэлектроники, микропроцессорной техники, электрики и энергетики.

Отдельный раздел сайта Raspberry Pi посвящен разработке системы домашней автоматизации с применением данного микрокомпьютера, что позволит вам самостоятельно построить довольно простую и надежную систему автоматизации для своего дома, дачи или квартиры с минимумом затрат.

Для обсуждения на сайте создан форум, где можно задать интересующие вас вопросы, оставить критические замечания, пожелания по модернизации, да и просто пообщаться по интересующей теме.

Если у вас есть интересный материал, который вы хотите донести до других радиолюбителей, рассказать о собственных разработках, обменяться ссылками, то обращайтесь к администратору сайта через систему обратной связи. Обратная связь не предназначена для вопросов по работе того или иного устройства, для этого существует форум.

Сайт является полностью некоммерческим. Категорически запрещено использование опубликованных проектов в коммерческих целях!

Внимание! Перепечатка представленных здесь материалов, а так же статей авторского блога, разрешается только с указанием активной ссылки на сайт lock.3dn.ru! Автор не несет ответственность за последствия, которые может вызвать использование данных устройств, а так же каких-либо обязательств в случае, если что-то у вас не заработало.

И самое важное - при выполнении электромонтажных и наладочных работ, необходимо строго соблюдать меры электробезопасности! Техника безопасности - прежде всего!

Ниже приведён перечень авторских проектов. Надеюсь, что в нём вы найдёте много полезного. Добро пожаловать в удивительный мир электроники!

АВТОРСКИЕ ПРОЕКТЫ:

СИСТЕМА ДОМАШНЕЙ АВТОМАТИЗАЦИИ НА RASPBERRY PI

ДОМАШНЯЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ:

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЬ ПО GSM

УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЬ ПО GSM (LIGHT)

УПРАВЛЕНИЕ НАГРУЗКАМИ ПО ТФЛОП И GSM

УПРАВЛЕНИЕ НАГРУЗКАМИ ПО РАДИО

ПРИЕМНИК РАДИОДАТЧИКОВ

ДИСТАНЦИОННОЕ РАДИОУПРАВЛЕНИЕ

ДАТЧИК ПРОТЕЧКИ ВОДЫ

РАДИОДАТЧИК ПРОТЕЧКИ ВОДЫ

УМНЫЙ ДОМ

РАДИОУПРАВЛЕНИЕ ДЛЯ УМНОГО ДОМА

КОНТРОЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ:

КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ ГОРЕЛКИ БАБИНГТОНА

ГИГРОТЕРМОСТАТ

ПРОСТОЙ ТЕРМОРЕГУЛЯТОР С ЖКИ

ТЕРМОМЕТР НА ДАТЧИКЕ SHT21

ТЕРМОМЕТР НА ДАТЧИКЕ DHT11

ТЕРМОМЕТР НА ДАТЧИКАХ DHT11 и DHT22

УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ЦИФРОВОЙ ТЕРМОМЕТР

ТЕРМОМЕТР С ИНДИКАТОРОМ I2C

ЭЛЕКТРИКА:

СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕПАДОВ НАПРЯЖЕНИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ:

ПРИБОР ДЛЯ НАЛАДКИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

ПРИБОР ДЛЯ КОНТРОЛЯ КАБЕЛЕЙ

ПРИБОР ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАКЛОНА БУРА В СГБ

АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА:

ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО

КОРРЕКТИРОВКА ПОКАЗАНИЙ ОДОМЕТРА

БОРТОВОЙ КОМПЬЮТЕР НА МК 16F876A

БОРТОВОЙ КОМПЬЮТЕР НА МК 16F676

ИНДИКАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ

АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТЕРМОМЕТР - ВОЛЬТМЕТР

ПОДКЛЮЧЕНИЕ ВИДЕОРЕГИСТРАТОРА К ГУ

СИГНАЛИЗАЦИИ И КОНТРОЛЬ ДОСТУПА:

СИГНАЛИЗАЦИЯ "LOCK GSM"

СИГНАЛИЗАЦИЯ "MICROALARM GSM"

СИГНАЛИЗАЦИЯ "MICROPIC"

МОДУЛЬ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И СКУД

УСТРОЙСТВО ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

КОНТРОЛЛЕР СКУД

ДУБЛИКАТОР ЭЛЕКТРОННЫХ КЛЮЧЕЙ

ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ:

GSM МОДУЛЬ SIM300D

АДАПТЕР ДЛЯ GSM МОДУЛЯ

АДАПТЕР RS232-RS485

ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАДИОСТАНЦИЕЙ

ДИСТАНЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ РАДИОСТАНЦИЕЙ 2.0

РАДИОТЕЛЕФОННЫЙ ИНТЕРФЕЙС

ПРОСТАЯ СИСТЕМА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

О других проектах автора читайте в БЛОГЕ

Подключение датчика Xiaomi Mijia cleargrass к Raspberry Pi

Admin — Fri, 02 Oct 2020 19:56:48 GMT

Различные датчики и другие устройства для автоматизации дома от китайской компании Xiaomi уже давно пользуются большой популярностью. В первую очередь пользователей привлекает широкий круг предлагаемых девайсов, небольшая стоимость и относительная простота их интеграции в единую систему через приложение MiHome.

Все устройства Xiaomi подключаются посредством беспроводных интерфейсов Wi-Fi и Bluetooth. В большинстве случаев на протокольном уровне применяется протокол ZigBee. Данный протокол использует так называемую технологию «Mesh», с помощью которой устройства могут ретранслировать друг от друга информацию, что позволяет строить довольно разветвленные сети.

Вместе с тем, у Xiaomi присутствует ряд датчиков и устройств, работающих по протоколу Bluetooth Low Energy (BLE). В отличие от ZigBee, в этом случае возможно построение только сети по принципу «звезды» (star), т.е. когда все периферийные устройства общаются напрямую только с одним центральным устройством. Использование BLE не позволяет создавать сети, покрывающие большую площадь, однако это в определенной степени компенсируется очень низким энергопотреблением периферийных устройств. Топология построения сетей ZigBee и BLE приведена на рис.1 (по клику все изображения открываются в реальном разрешении).

Рис. 1

Относительно недавно на рынке появилась модифицированная версия датчика температуры и влажности Xiaomi Mijia cleargrass с протоколом BLE. В отличие от предыдущей модели с LCD-дисплеем, в ней используется дисплей на электронных чернилах e-link, к тому же имеющий больший размер. Сравнение внешнего вида этих двух моделей приведено на рис.2

Рис. 2

Я заказал на Aliexpress пару таких датчиков и к ним простейший шлюз Cleargrass Bluetooth Wi-Fi Gateway. Шлюз сразу был немного конструктивно доработан – для питания от 12В и установки на DIN-рейку. Более подробно о доработке этого шлюза можно почитать здесь – http://lock.3dn.ru/news/dorabotka_shljuza_xiaomi_cgspr1_bluetooth_wi_fi_gateway/2020-08-23-192

После подключения датчиков к шлюзу и их отображение в приложении MiHome, возник закономерный вопрос – как интегрировать эти датчики в уже существую систему автоматизации дома? Т.е. вообще отказаться от шлюза и выводить данные с датчиков, получаемых через Bluetooth не в приложение MiHome, а в сервер домашней автоматизации, построенной на Raspberry Pi. Действительно, какой смысл использовать параллельно дополнительное приложение, тем более с использованием внешнего «облака», если можно собрать все устройства в одном интерфейсе и создать абсолютно автономную систему?

Начнем с аппаратной части. Учитывая, что шлюз использовать не планируется, необходимо, что бы Raspberry Pi имел возможность подключения через Bluetooth. Модели, начиная с Raspberry Pi3 и ZeroW, уже имеют его непосредственно «на борту», поэтому для них этот вопрос сразу отпадает. А вот для моделей Raspberry Pi2 и ниже, необходимо применить отдельный адаптер Bluetooth, подключаемый к порту USB. Хотя порядок подключения таких устройств уже неоднократно рассматривался на различных ресурсах, все-таки немного остановимся на данном вопросе.

Итак, после подключения Bluetooth USB-адаптера к порту Raspberry Pi, необходимо проверить его работоспособность. Через терминальную программу Putty подключается к Raspberry Pi и вводим команду:

lsusb

в ответе терминальной программы одна из строк должна выглядеть примерно так:

Bus 001 Device 002: ID 0a12:0001 Cambridge Silicon Radio, Ltd Bluetooth Dongle (HCI mode)

Однако, это говорит только о том, что адаптер обнаружен как USB-устройство. Следующая команда позволит убедиться, что устройство действительно смонтировано в системе и готово к работе:

hcitool dev

терминальная должна вернуть сообщение с МАС-адресом адаптера (рис.3). Если сообщение вернулось пустым (только строка Devices: без hci0(1) и МАС), то, к сожалению, это говорит о том, что адаптер в системе не смонтирован.

Рис. 3

Необходимо отметить, что порекомендовать какую-то конкретную модель адаптера довольно сложно. Например, сначала я взял относительно дорогой адаптер, на упаковке которого, однако, кроме надписи USB Donge и кучи пиктограмм, говорящих о том, что он поддерживает буквально все, больше никаких сведений о производителе не было. Адаптер определялся на USB порту Raspberry Pi как Cambridge Silicon Radio, но упорно не хотел определяться как host controller interface (hci) командой hcitool dev. Промучившись с ним и пересмотрев все возможные русско- и англоязычные форумы, пришлось констатировать, что заставить его работать вряд ли получится – многие писали о проблеме совместимости с ядром процессора, которая, похоже, не сих пор не устранена. Пришлось искать другой адаптер. В результате приобрел значительно более дешевый вариант, который поставлялся вообще без упаковки, тем не менее, без проблем заработал. Самое интересно, что он также определяется как Cambridge Silicon Radio, но, учитывая, что начальные цифры MAC-адресов у обоих моделей отличались, похоже, что сделаны они разными производителями.

Более подробно вопросы по подключению USB-адаптера к Raspberry Pi рассмотрены в этой статье – https://rasspberrypi.wordpress.com/2012/09/03/install-bluetooth-dongle-on-raspberry-pi

Переходим к программной части. Все далее сказанное будет справедливо как для использования внешнего USB-адаптера, так и для версии Raspberry Pi3/Zero W и выше со встроенным Bluetooth. Поэтому, дальнейшие эксперименты продолжим с помощью Raspberry Pi Zero W (т.е. со встроенным Bluetooth, рис.4)

Рис. 4

Сначала попробуем получить данные температуры и влажности с датчика в «ручном режиме» с помощью команд в терминальной программе Putty. Датчик температуры и влажности, с включенным режимом Bluetooth, должен находиться рядом с Raspberry Pi. Запускаем в операционной системе Raspbian сервис bluetoothctl:

sudo bluetoothctl

Затем сканируем окружение на наличие устройств Bluetooth:

scan on

В окне терминальной программы будут показаны все обнаруженные Bluetooth-устройства с указанием их МАС-адресов (рис.5)

Рис. 5

Останавливаем процесс сканирования:

scan off

На приведенном выше скриншоте показаны обнаруженные шлюз Oringping Bluetooth Gateway и датчик температуры и влажности Originping Temp & RH M. Теперь попробуем подключиться к датчику температуры и влажности, указав его МАС-адрес:

connect 58:2D:34:xx:xx:xx

В случае удачного подключения, терминальная программа вернет кучу различных атрибутов – характеристик, дескрипторов и сервисов (рис.6).

Рис. 6

Во всем этом массиве нас интересует атрибут char001d, который нам необходимо прочитать. Сначала выбираем этот атрибут командой в Putty, введя его полное имя:

select-attribute /org/bluez/hci1/dev_58_2D_34_xx_xx_xx/service0012/char001d

и затем выполняем чтение атрибута:

read

Терминальная программа должна возвратить шесть байт, из которых третий и четвертый – это показания температуры, а пятый и шестой – показания влажности (рис.7)

Рис. 7

Переводим полученные значения температуры и влажности в десятичную систему. Единицы в младшем байте каждого значения – это его десятичная (дробная) часть:

Температура: 00 da = 218 = 21,8 °С

Влажность: 01 bc = 444 = 44,4 %

Убедившись, что Raspberry Pi получает реальные показания с датчика температуры и влажности, можно написать несложный скрипт на Python, с помощью которого мы сможем получать данные в систему домашней автоматизации для их визуализации и записи в базу данных. Но сначала необходимо установить на Raspberry Pi пакет bluepy. Сделать это можно следующей командой в терминальной программе:

sudo pip3 install bluepy

Код скрипта для работы с датчиком температуры и влажности Xiaomi Mijia cleargrass приведен на рис. 8.

Рис. 8

Вам необходимо организовать процедуру циклического вызова данного скрипта и записи показаний температуры и влажности в базу данных для последующей визуализации и построения графиков. Реализовать в Linux это, можно через демона cron. Но возможны и другие варианты. Например, в WebHomePi я выполнил вызов скрипта через процедуру loop и запись показаний в базу данных SQLite. Вывод данных температуры и влажности в web-интерфейс показан на рис.9.

Рис. 9

Пару слов, какие могут у вас возникнуть проблемы при подключении. В принципе, если использовать только подключение датчика температуры и влажности к Raspberry Pi, то проблем никаких быть не должно. Другое дело, когда необходимо организовать «параллельную» работу датчика с Raspberry Pi и шлюзом или телефоном – для вывода данных в MiHome. Обычно шлюз общается с датчиком через Bluetooth с довольно большими тайм-аутами. А вот телефон, как выяснилось, при соединении «напрямую» (т.е без шлюза) «долбит» в датчик постоянно. Поэтому, вполне вероятна ситуация, что скрипт не сможет сразу подключиться к датчику. Соответственно, в таком случае необходимо в скрипте делать проверку на подключение и в случае неудачного соединения, выполнять повторное подключение.

В заключение хотелось бы отметить, что буквально менее месяца назад, в продажу поступили датчики Xiaomi для контроля положения окон и дверей со встроенным датчиком освещенности, также работающие по протоколу Bluetooth Low Energy (рис.10).

Рис. 10

К сожалению, ни один продавец на Aliexpress не подтвердил, что эти датчики будут работать со шлюзом Cleargrass Bluetooth Wi-Fi Gateway, о котором упоминалось выше. Возможно из-за того, что эти датчики пока официально не внесены в список поддерживаемых им устройств. Но на свой страх и риск, я заказал три таких датчика, которые уже буквально на подходе. Так что надеюсь, тема с подключением различных девайсов от Xiaomi к Raspberry Pi, еще найдет свое продолжение.

Доработка шлюза Xiaomi CGSPR1 Bluetooth Wi-Fi Gateway

Admin — Sun, 23 Aug 2020 07:48:12 GMT

Недавно у Xiaomi появился упрощенный шлюз Wi-Fi только с поддержкой устройств, работающих по Bluetooth – CGSPR1 Bluetooth Wi-Fi Gateway. Это, например, измерители температуры и влажности, умные замки, контроллеры состояния домашних растений. Перечень этих устройств пока невелик, но учитывая, что из всей обширной гаммы устройств Xiaomi для домашней автоматизации я использую вообще только измерители температуры и влажности с дисплеем на электронных чернилах, то и выбрал самый простой шлюз. Этот шлюз выполнен в форм-факторе блока питания зарядного устройства, который включается непосредственно в розетку 230В и служит «мостом» между Bluetooth устройствами и роутером Wi-Fi для удаленного мониторинга через интернет (рис.1)

Рис.1

Уже при заказе данного шлюза, я понимал, что придется его немного доработать в части организации питания и конструктивного исполнения. Какой вообще смысл данной доработки? Возможно, для большинства это будет неактуально, но у меня были следующие причины.

Дело в том, что для обеспечения бесперебойной работы мой сервер автоматизации (на Raspberry Pi) и периферийные устройства запитываются от первичного источника 12В. Этот источник построен следующим образом – блок питания 230В/12…15В/4,5А и в буфере аккумулятор 12В/9 A*h. Следовательно, резервирование по 230В отсутствует и при его отключении, естественно, шлюз работать не будет.

Второй причиной является то, что модули устанавливаются в шкаф на DIN-рейку. Поэтому корпус для шлюза был выбран соответствующий, минимально возможного размера. В данном случае, это корпус для установки DIN-рейку D1MG в комплекте с макетной платой.

После вскрытия шлюза (для этого пришлось его обрезать по контуру нижней части корпуса) выяснилось, что главным образом он состоит их двух небольших платы – платы импульсного блока питания 230В/3,3В и платы непосредственно самого шлюза с установленным на ней модулем ESP32-WROOM-32 (рис.2).

Рис.2

В принципе, для питания модуля ESP32-WROOM-32 с 12В в 3,3В можно было бы использовать и штатный блок питания, исключив лишние компоненты высоковольтной части и оставив только имеющийся чип стабилизатора на 3,3В. Но более простым решением является применить готовый импульсный стабилизатор, например, в данном случае SCV0042-3,3V-0,9A, который имеет компактные размеры и позволяет получить выходное напряжение 3,3В при токе до 900 mA. Единственное, что необходимо, это добавить на его входе электролитический конденсатор емкостью 1000 uF (рис.3).

Рис.3

С модуля ESP32-WROOM-32 необходимо предварительно выпаять кнопку «Reset» – она потом будет установлена на основной плате. Индикаторы режима работы шлюза можно оставить на модуле – яркости их свечения вполне достаточно, что бы видеть их состояние.

Затем устанавливаем на основную плату модули SCV0042-3,3V-0,9A и ESP32-WROOM-32, клемник для подключения 12В, электролитический конденсатор, кнопку «Reset» и выполняем все соединения (рис.4). Также, для защиты от ошибки при подключении питания, нелишним будет установить в цепь плюса питания диод.

Рис.4

Собранная плата устанавливается в корпус. Для контроля индикаторов режима работы шлюза можно дополнительно сделать небольшое отверстие на передней панели. Для сравнения на рис.5 показан шлюз до и после доработки.

Рис.5

Рис.6

Рис.7

Web Home Pi & Народный мониторинг

Admin — Sat, 23 Feb 2019 19:25:07 GMT

Думаю, что большинство знают или хотя бы слышали о ресурсе «Народный мониторинг». Как указано на самом сайте, это «краудфандиговый геоинформационный сервис по отображению на карте мира и контролю (на ПК, смартфонах и других гаджетах) показаний датчиков своих участников (температуры, влажности, атмосферного давления, скорости и направления ветра, радиации, энергопотребления и любых других величин), а также частных и городских веб-камер для публичного или приватного просмотра».

Существует огромное количество устройств, как очень простых, так и довольно сложных, предназначенных для трансляции показаний с различных датчиков на «Народный мониторинг». В этой статье рассматривается, как организовать передачу данных с датчиков, используемых в системе домашней автоматизации WebHomePi.

WebHomePi является несложной системой домашней автоматизации с набором определенных функций и возможностей, подробное описание которых можно посмотреть здесь. Но если вас эти функции не интересуют, то в данной ситуации WebHomePi вполне можно использовать просто как устройство для сбора и передачи данных.

Итак, в первую очередь необходимо зарегистрироваться на сайте https://narodmon.ru Во избежание недоразумений и возможных санкций со стороны администрации, очень внимательно ознакомьтесь с правилами пользования ресурсом в разделе «Справка – Основы проекта «Народный мониторинг», особенно в части периодичности отправки данных и вывода показаний своих датчиков в публичный доступ.

Для организации передачи данных вам понадобится микрокомпьютер Raspberry Pi (подойдут версии RPi B+, RPi 2, RPi 3, RPi 3B+, RPi ZeroW) и хотя бы один датчик, с которого будут передаваться показания. Можно использовать следующие датчики:

DS18B20 – до 10 шт. подключение по шине 1-wire (GPIO 4);
DHT22– до 2 шт. подключение к GPIO 17 и 27;
SHT21 – 1 шт. подключение по шине I2C;
BMP180 – 1 шт. подключение по шине I2C;
TSL2561 – до 2 шт. подключение по шине I2C.

Пример подключения некоторых датчиков по различным интерфейсам к Raspberry Pi приведена рис.1:

Рис. 1

Подключив необходимые датчики, скачиваем образ WebHomePi и копируем его на SD-карту с помощью программы Win32 Disk Imager. Устанавливаем карту в Raspberry Pi и заходим на web-интерфейс с любого браузера по адресу:

http://localhost:8000

логин – webiopi

пароль – raspberry

Щелкните по иконке конфигурирования устройства и, зависимости от подключенных датчиков, показания с которых мы собираемся передавать на «Народный мониторинг», активируйте нужные чекбоксы. Для датчиков DS18B20 необходимо указать их идентификационные адреса (рис.2).

Рис. 2

Узнать эти адреса можно в директории - /sys/bus/w1/devices – просто скопируйте их и вставьте в поля ввода адресов DS18B20. Для доступа к файлам используйте файловый менеджер типа WinSCP. Вход выполняется под пользователем root, пароль – admin.

Далее необходимо ввести реальный MAC-адрес вашего Raspberry Pi, отметить чекбокс «Narodmon.ru» и установить период записи в базу и передачи данных «Cycle of writing to the database». Обратите особое внимание, что период передачи данных на «Народный мониторинг» должен быть не чаще, чем один раз в пять минут. И ни в коем случае не используйте MAC-адрес, который идет в WebHomePi «по умолчанию» - он использовался только для тестирования и подготовки данного материала.

Сохраните введенные параметры кнопкой «Write config». После рестарта системы активированные датчики вместе с графиками должны отображаться на странице «Sensors» интерфейса WebHomePi.

Далее открываем отладочную страницу https://narodmon.ru/ip на которой должен отображаться переданный пакет с данными датчиков. Для примера на рис.3 показан пакет данных, принятых от устройства с датчиком BMP180 (давление и температура), DHT22 (температура и влажность), двух TSL2561 (освещенность) и четырех DS18B20 (температура).

Рис. 3

Структурно пакет состоит из МАС-адреса устройства, идентификационных номеров датчиков, получаемых добавлением их порядкового номера к МАС-адресу и данных датчиков. Заканчивается пакет передачей «##». Размер пакета не должен превышать 4 кБ.

Следующим этапом подключаем устройство непосредственно на сайт – «Датчики – Добавить мое устройство мониторигна». Вам будет предложено ввести МАС-адрес подключенного устройства. После ввода МАС-адреса устройство должно появиться в разделе «Датчики – Настройка датчиков и триггеров» (рис.4).

Рис. 4

В этом разделе можно указать названия датчиков, выбрать измеряемую датчиками величину, отключить ненужные датчики, сделать привязку отображаемых датчиков к карте, посмотреть графики и многое другое.

На начальном этапе к «Народному мониторингу» можно подключить только одно устройство. Количество датчиков, работающих с этим устройством неограниченно, но размер пакета с данными, как уже было отмечено выше, должен не превышать 4 кБ. Существует возможность подключения дополнительных устройств, например, открыв к уличным датчикам (атмосферного давления, температуры, влажности) публичный доступ с реальной локализацией их размещения. Но учтите, что к «публичным» датчикам предъявляются довольно жесткие требования и в случае несоответствия этим требованиям, они отключаются от публичного просмотра администрацией ресурса. В тоже время для себя вы можете выводить абсолютно любые датчики, контролировать расход электроэнергии, дискретные состояния входов и выходов и многое другое (рис.5).

Рис. 5

Domoticz. Часть вторая

Admin — Tue, 29 Jan 2019 18:38:11 GMT

В прошлом обзоре по Domoticz было рассмотрено подключение датчиков BMP180 и TSL2561 через интерфейсы I2C, а также DS18B20 через интерфейс 1-wire. Сегодня поговорим о реализации дискретных выходов и входов, или «переключателей» - именно так они называются в Domoticz) на портах GPIO Raspberry Pi. Далее, во избежание путаницы, мы будем называть переключатели своими именами - выходы и входы.

Сначала, как обычно, остановимся на аппаратной части. Оптимальный вариант – это применение кросс-платы, имеющей на борту 8 изолированных дискретных входов и 8 релейных выходов. Впрочем, можно обойтись и без кросс-платы, применив 8-канальный релейный модуль для выходов и 8 кнопок с нормально-разомкнутыми контактами для проверки работы входов (рис.1)

Рис. 1

Честно говоря, я был несколько удивлен, когда при попытке создания в качестве устройства порта GPIO, система выдавала ошибку. Вот и первый сюрприз от Domoticz – оказывается, библиотека для работы с GPIO в «базовой комплектации» отсутствует. Поэтому, берем «напильник» и начинаем понемногу «допиливать» систему.

Для работы с портами GPIO будем использовать библиотеку WiringPi. Выполняем установку:

sudo apt-get install wiringPi

для проверки выполненной установки выполняем команду:

gpio readall

после чего мы должны увидеть в терминалке Putty вот такую табличку (рис.2):

Рис. 2

WiringPi установлен. Теперь нужно назначить порты GPIO выходами и входами в соответствии с подключением кнопок и релейного модуля. Сделать это нужно в файле domoticz.sh. Открываем файл:

sudo nano /etc/init.d/domoticz.sh

и в самом конце (после :) назначаем соответствующие порты выходами и входами:

# выходы:

/usr/local/bin/gpio export 7 out

/usr/local/bin/gpio export 8 out

/usr/local/bin/gpio export 12 out

/usr/local/bin/gpio export 16 out

/usr/local/bin/gpio export 20 out

/usr/local/bin/gpio export 21 out

/usr/local/bin/gpio export 24 out

/usr/local/bin/gpio export 25 out

# входы:

/usr/local/bin/gpio export 26 in

/usr/local/bin/gpio edge 26 both

/usr/local/bin/gpio export 19 in

/usr/local/bin/gpio edge 19 both

/usr/local/bin/gpio export 13 in

/usr/local/bin/gpio edge 13 both

/usr/local/bin/gpio export 6 in

/usr/local/bin/gpio edge 6 both

/usr/local/bin/gpio export 5 in

/usr/local/bin/gpio edge 5 both

/usr/local/bin/gpio export 22 in

/usr/local/bin/gpio edge 22 both

/usr/local/bin/gpio export 18 in

/usr/local/bin/gpio edge 18 both

/usr/local/bin/gpio export 23 in

/usr/local/bin/gpio edge 23 both

Если используется релейный модуль (или кросс-плата), где активный уровень (включить) единица, то файл domoticz.sh можно сохранить и закрыть. Однако, как правило, у релейных модулей с оптронной развязкой на входе, активным уровнем является ноль. Следовательно, для такого модуля необходимо инвертировать команды управления и при включении выставить на выходах единицу (т.е. отключенное состояние реле). Поэтому, добавляем в файл domoticz.sh следующие строки:

# установка начального уровня и инверсия управления

/usr/local/bin/gpio -g write 7 1

/usr/local/bin/gpio -g write 8 1

/usr/local/bin/gpio -g write 12 1

/usr/local/bin/gpio -g write 16 1

/usr/local/bin/gpio -g write 20 1

/usr/local/bin/gpio -g write 21 1

/usr/local/bin/gpio -g write 24 1

/usr/local/bin/gpio -g write 25 1

sudo sh -c "echo '1' >> /sys/class/gpio/gpio7/active_low"

sudo sh -c "echo '1' >> /sys/class/gpio/gpio8/active_low"

sudo sh -c "echo '1' >> /sys/class/gpio/gpio12/active_low"

sudo sh -c "echo '1' >> /sys/class/gpio/gpio16/active_low"

sudo sh -c "echo '1' >> /sys/class/gpio/gpio20/active_low"

sudo sh -c "echo '1' >> /sys/class/gpio/gpio21/active_low"

sudo sh -c "echo '1' >> /sys/class/gpio/gpio24/active_low"

sudo sh -c "echo '1' >> /sys/class/gpio/gpio25/active_low"

Все, теперь после перезагрузки системы (sudo reboot) можно переходить к созданию панелей выходов и входов.

В web-интерфейсе Domoticz открываем вкладку Setup – Hardware, называем первый выход Out #1, в закладке Type выбираем Raspberry’s GPIO ports и добавляем выход кнопкой Add. Аналогично создаем первый вход с именем Input #1 (рис.3).

Рис. 3

Переходим в закладку Switches и добавляем первый выход. Для этого нажимаем кнопку Manual Light/Switch и в открывшемся меню выбираем параметры:

Hardware: Out #1
Device name: Switch 1 (можно любое название)
Switch type: ON/OFF
Type: GPIO
GPIO: GPIO pin 21(OUTPUT)

Добавляем выход кнопкой All Device (рис.4):

Рис. 4

Аналогичным образом добавляем и первый вход, здесь вводим параметры:

Hardware: Input #1
Device name: Input 1 (можно любое название)
Switch type: Door Lock
Type: GPIO
GPIO: GPIO pin 26(INPUT)

Добавляем выход кнопкой All Device (рис.5):

Рис. 5

Панели первого выхода и входа должны отображаться на общей панели Switches (рис.6)

Рис. 6

При клике мышкой на иконку на панели выхода, первое реле включиться, а лампочка изменить цвет с серого на желтый. При замыкании первого выхода иконка открытой двери меняется на закрытую (рис.7)

Рис. 7

На панелях вводов и выходов расположены следующие элементы:

Звездочка: для добавления на панель Dashboard
Edit: редактирование иконок, функций и т.д.
Notifications: здесь можно настроить различные события при включения/отключения выхода или замыкания/размыкания входа
Timers: (только для выходов): позволяет настроить включения/отключения выхода по заданному времени и дню недели
Log: отображает график с фиксацией времени включения/отключения выхода или замыкания/размыкания входа (рис. 8):

Рис. 8

Теперь, что бы в полной мере реализовать работу схемы на рис.1, аналогичным образом добавьте еще семь выходов и 7 входов. При присвоении каждому порядковому номеру выхода или входа соответствующего порта GPIO, придерживайтесь схемы. По итогу панель Switches должна выглядеть примерно таким образом (рис.9):

Рис. 9

Необходимо упомянуть об одном неприятном моменте при использовании релейных модулей, где активным уровнем (включения реле) является ноль. В момент загрузки (перезагрузки) Domoticz, хотя выходы и устанавливается в высокий уровень (единица), что соответствует выключенному состоянию реле, они в начальный момент времени на доли секунды все же успевают «провалиться» в ноль. Из-за этого происходит кратковременное срабатывание всех реле. Как побороть эту проблему, пока не разобрался. Возможно, тут помогут только аппаратные решения. В случаях, когда активный уровень управления единица (как, например, в кросс-плате) данный эффект не наблюдается.

P.S. Все закладки, пункты меню Domoticz, а также скриншоты, я привожу на примере английского интерфейса. Но вы можете выбрать любой другой язык - Domoticz поддерживает интерфейсы на 35 языках. Информацию, как переключить язык, смотрите в первой части обзора.

Domoticz. Часть первая

Admin — Sat, 26 Jan 2019 13:50:55 GMT

Примерно год назад на страницах этого сайта я делал небольшой обзор системы домашней автоматизации Home Assistant. В конце обзора предлагалось желающим поделиться своим опытом применения других альтернативных вариантов систем автоматизации. К сожалению, таких не нашлось, а самому попробовать что-то новое как-то руки не доходили. И все же в конце концов я нашел время и решил установить на Raspberry Pi еще одну довольно известную систему домашней автоматизации. Сегодня речь у нас пойдет о автоматизации дома с помощью программы Domoticz.

Domoticz обладает очень широким функционалом и огромной поддержкой различных устройств. Разумеется, что бы рассказать о всех ее возможностях, речь здесь не идет. Поэтому, сегодня мы рассмотрим просто «быстрый старт» Domoticz на Raspberry Pi с наглядными примерами подключения датчиков различного типа.

В качестве аппаратной части для развертывания и тестирования Domoticz подойдет любая версия кросс-платы или просто Raspberry Pi с подключенными по интерфейсу 1-wire двумя датчиками DS18B20, а также датчиком температуры и атмосферного давления BMP180 и датчиком освещенности TSL2561 с интерфейсом I2C. Схема подключения датчиков к портам GPIO Raspberry Pi приведена на рис.1:

Рис. 1

Разобравшись с аппаратной частью, переходим к установке Domoticz:

1. Скачиваем операционную систему Raspbian Stretch Lite по этой ссылке

2. Распаковываем скаченный архив и копируем его на SD карту программой Win32DiskImager.

3. В корневом разделе распакованного архива создаем пустой файл ssh без расширения (это необходимо для подключения к Raspberry Pi по протоколу SSH). Сделать это можно в любом файловом менеджере, даже в Total Commander из под Windows.

4. Устанавливаем SD карту в Raspberry Pi, подключаем к локальной сети и подаем питание.

5. Определяем адрес Raspberry Pi в вашей локальной сети, например, программой IPScan. Допустим, это 192.168.100.12

6. C любого компьютера подключаемся к Raspberry Pi по протоколу SSH через 22 порт с помощью терминальной программы Putty (или любой другой «терминалки»):

http://192.168.100.12:22

7. Запускаем установку Domoticz:

sudo curl -L install.domoticz.com | sudo bash

В процессе установки необходимо будет назначит порты для доступа к системе и некоторые другие параметры. Оставляем все предлагаемые значения по умолчанию.

8. После установки Domoticz, открываем панель конфигурации Raspbian:

sudo raspi-config

устанавливаем свой часовой пояс (Localisation Option/Change Timezone) и активируем интерфейсы I2C и 1-wire (Interfacing Option). Дополнительно для работы 1-wire в файле config.txt необходимо указать работу этого интерфейса на 4 порту GPIO. Открываем файл config.txt:

sudo nano /boot/config.txt

находим в файле строку dtoverlay=w1-GPIO и дописываем в нее gpiopin=4:

dtoverlay=w1-GPIO,gpiopin=4

и сохраняем изменения в файле.

9. На этом процесс установки Domoticz можно считать оконченным. После перезагрузки (sudo reboot) подключаемся к системе через web-браузер:

http://192.168.100.12:8080

Должен открыться web-интерфейс Domoticz (рис.2)

Рис. 2

В первую очередь через пункт меню Setup – Setting адаптируем интерфейс под нужный язык (рис.3)

Рис. 3

Далее вводим любое название системы и географические координаты вашего местоположения (без этих параметров могут не сохраниться настройки) (рис.4):

Рис. 4

Применяем изменения кнопкой Apply Setting. Остальные настройки пока не трогаем. После рестарта системы, интерфейс должен отображаться уже на выбранном языке (рис.5)

Рис. 5

Тем не менее, далее я продолжу описание системы Domoticz применительно к английскому интерфейсу.

Итак, теперь уже все готово для конфигурирования подключенных к Raspberry Pi датчиков. Начнем с датчиков DS18B20. Открываем Setup – Hardware и прописываем название первого датчика (DS18B20 #1). Тип интерфейса устанавливаем 1-wire (System), путь к патчу в строке OWFS Patch удаляем. Остальные настройки не трогаем. Сохраняем изменения кнопкой Add (рис.6)

Рис. 6

Аналогично конфигурируем и второй датчик DS18B20.

Далее конфигурируем датчик давления и температуры BMP180. Для этого датчика выбираем интерфейс I2C sensors и во вкладке SubType - I2C sensor BMP085/180 Temp+Baro (рис.7)

Рис. 7

По такому же принципу конфигурируем датчик освещенности TSL2561 (рис.8)

Рис. 8

Переходим в Setup – Setting и активирует сконфигурированные датчики. Для этого необходимо кликнуть мышкой по стрелке в зеленом кружке напротив выбранного датчика и присвоить ему имя (например, Temperature 1), которое будет отображаться в интерфейсе системы (рис.9).

Рис. 9

Показания датчиков должны отображаться в трех закладках:

DS18B20 – в закладке Tempetature (рис.10)

BMP180 (температура) – в закладке Tempetature (рис.10)

BMP180 (атмосферное давление) – в закладке Weather (рис.11)

TSL2561 – в закладке Utility (рис.12)

Рис. 10

Рис. 11

Рис. 12

Как видите датчики у нас оказались сгруппированы в зависимости от их функционала по различным закладкам. С одной стороны это удобно, когда устройств различного назначения слишком много. Но в любом случае, какие-то параметры и элементы управления интересуют нас более часто, а некоторые нужны периодически. Поэтому, в Domoticz есть такая приятная функция, как главная панель – «Dashboard», на которой можно разместить избранные устройства. Что бы добавить устройство в избранное, достаточно кликнуть по звездочке на панели устройства. При этом цвет звездочки меняется с белого на желтый, а устройство (в нашем случае это датчики) появится на панели Dashboard (рис.13).

Рис. 13

У Domoticz есть система логирования, которая позволяет отследить динамику изменения параметров датчиков за различные периоды времени. Что бы вывести график определенного датчика для его просмотра, достаточно кликнув мышкой по иконке этого датчика. В качестве примера на рис.14 показан график температуры первого датчика DS18B20.

Рис. 14

Как уже было сказано в начале обзора, Domoticz является довольно мощной системой, позволяющей реализовать практически любые требования в части автоматизации дома. Система поддерживает создание пользователем сценариев, позволяет интегрировать широкий спектр устройств различных производителей, для более удобного визуального восприятия пользователем интерфейса имеет возможность подгружать планировки автоматизируемых помещений. И это, конечно, далеко еще не все.

Но несмотря на то, что в этом обзоре был рассмотрен только один из множества сегментов системы (датчики), для первого знакомства с Domoticz этой информации будет достаточно. Все вопросы, отзывы и пожелания оставляем в комментариях к обзору и на нашем форуме.

Небольшое демонстрационное видео по установке и начальным настройкам Domoticz:

Универсальная прошивка ESP_Easy для ESP8266. Часть вторая

Admin — Wed, 09 Jan 2019 15:44:28 GMT

Александр Вайдуров продолжает знакомить нас с использованием универсальной прошивки ESP_Easy для модулей ESP8266.

В предыдущей статье я рассказывал о том, как на основе ESP8266 и прошивки ESP_Easy, можно создать терморегулятор с удалённым контролем по MQTT. Продолжу рассказ о развитии этого проекта. Добавим местное и удаленное управление значением уставки. Для этого нам понадобится добавить несколько плагинов и написать правила. Итак, начнем.

Для местного управления нам, конечно, понадобится кнопка, хотя бы одна. Поэтому в меню Devices в следующей свободной строке нажимаем кнопку Edit и выбираем плагин устройства Switch input - Switch (переключатель). Этот плагин позволяет довольно тонко настроить реакцию программы устройства на нажатие кнопки.

Рис. 1

Как обычно даем уникальное имя устройству, и активируем плагин, установив крыж Enabled. Установкой крыжа Internal PullUp можно подключить внутренний подтягивающий резистор порта ESP8266, а крыжем Inversed Logic можно выбирать активный уровень переключателя. Я для управления выбрал кнопку на плате подлюченную к GPIO16. На плате установлен внешний подтягивающий резистор, поэтому внутреннюю подтяжку не включаем и активным уровнем у нас как обычно будет ноль. В меню выбора Switch Type выбираем тип выключатель - «Switch», в меню выбора Switch Button Type устанавливаем обычный выключатель «Normal Switch». Как видите из имеющихся вариантов в меню, кроме простого переключателя, вход можно сделать и с не зависимой фиксацией, меняющий состояние либо при нажатии на кнопку, либо при отпускании. Состояние выключателя можно отправлять контроллеру протокола связи, но мы этим пока не будем пользоваться. Так же в последних версиях увеличился функционал плагина в части обработки двойного нажатия на кнопку, но и это нам пока не понадобится, поэтому все остальные настройки оставим в состоянии, по умолчанию. Для сохранения настроек жмем Submit.

Рис. 2

В списке устройств имеем четыре записи. Скорее всего последние две на этой картинке, поменяны местами, в отличие от того что вы видите у себя на странице. Номер задачи (строки) часто используется в правилах, но это не повлияет на их написание в нашем случае. Поэтому оставим все как есть.

Дальнейшее описание я веду исходя из того что читатель немного знаком с MQTT протоколом и знает как и зачем формируются MQTT публикации и подписки.

Итак, далее нам предстоит, подписать наше устройство на MQTT топик удаленного устройства управления, ведь мы хотим удаленно изменять уставку терморегулятора. Для этого в перечне поддерживаемых устройств в прошивке ESP_Easy есть плагин виртуального устройства универсальный MQTT импорт «Generic - MQTT Import»

Рис. 3

Жмем Edit в пятой строке, и выбираем это устройство.

Рис. 4

Снова даем уникальное имя устройству, и активируем плагин, установив крыж Enabled.

Всего этот плагин позволяет организовать четыре подписки и сохранить полученные числовые значения в соответствующих переменных. Первый (и пока единственный) топик на который мы подпишем устройство, будет «/%sysname%/FP/Set1». Забегая вперед скажу, точно под таким же именем наше устройство будет публиковать сообщение об установленном значении уставки (когда мы его изменяем местно). Таким образом, подписавшись и публикуя один и тот же MQTT топик, мы имеем одно общее значение уставки, которое может быть изменено с обеих сторон. Проконтролировано центральным устройством управления и принято терморегулятором как текущее значение уставки. Значение полученное в этом топике, будет сохраняться в первой переменной [RM#Set1]. Давайте для уставки будем использовать только целые значения температуры. Тогда разрядность переменной Set1 установим в «0», т.е. целое.

Все, подписка оформлена. Сохраняем настройки нажатием Submit.Работу подписки уже можно проверить. Для этого откроем список устройств В управляющем контроллере пропишем публикацию топика «ESP_Easy_Test/FP/Set1». И передаваемые с контроллера значения будем видеть в значении переменной «Set1» виртуального устройства с именем «RM».

Рис. 5

Прежде чем подключать еще одно виртуальное устройство, давайте рассмотрим другие возможности прошивки ESP_Easy. Для этого давайте откроем страничку под закладкой «Tools». За ней прячется большой список различных возможностей программы.

Рис. 6

Здесь можно программно запустить сброс устройства, посмотреть журнал последних событий, расширенную информацию о системе, статистику, системные переменные и т.д.,и т.п. Произвести сканирование и переподключение устройства к другой WiFi сети. Просканировать устройства подключенные к интерфейсу I2C. (К стати, очень полезная функция для определения I2C адресов устройств). Сохранить или загрузить файл конфигурации и обновить версию прошивки, просто загрузив новый бинарный файл через интерфейс браузера. Подключение к компьютеру по последовательному порту, для этого не понадобится. Есть на этой странице кнопка перехода к более продвинутым настройкам. Она-то нам и понадобится. Находим и нажимаем кнопочку с надписью «Advanced»

Рис. 7

В скриншот не вошли все имеющиеся настройки, но я оставил в картинке все нам необходимые.

Поставим крыжи против пунктов меню «Rules», «Old Engine», первый включает возможность работать с правилами, второй видимо, предполагает использовать старый синтаксис их написания. Новый, видимо еще не опубликован, посему будем юзать старый. Далее настроим некоторые полезные опции MQTT протокола. Крыж напротив «MQTT Retain Msg» настроит устройство, в сообщений брокеру устанавливать признаки так, что бы брокер запоминал последнее полученное значение. Это позволит всем подписчикам получать последнее значение сразу при подключении к брокеру, не дожидаясь его обновления. (Полезно когда мы опрашиваем датчики с периодичности в несколько минут). Крыж напротив «MQTT use unit name as ClientId» обозначает, что устройство будет использовать свое имя «ESP_Easy_Test» в топиках в качестве идентификатора клиента, для MQTT брокера.

Для того что бы в системе устройства можно было использовать значения текущей даты и времени, давайте загрузим его с какого-нибудь NTP сервера. Для этого ставим крыж напротив «Use NTP», а в поле «NTP Hostname» вводим адрес доступа к NTP серверу. Если устройству обеспечен доступ до указанного сервера точного времени, то программа загрузит в систему значения даты и времени и произведет еще много разных полезных вычислений.

Далее идет много пунктов настроек, для перевода времени с зимнего на летнее и наоборот. Их не трогаем. В поле «Timezone Offset (UTC +)» вводим значение сдвига местного времени от времени по «Гринвичу» в минутах. Если захотите пользоваться временем восхода и захода солнца (например, для управления реле уличного освещения), можете ввести свои координаты широту и долготу. Остальные настройки пока оставим по умолчанию. Жмем Submit для сохранения. На дисплее через некоторое время должно установиться время с NTP сервера, сдвинутое на указанное количество минут.

Вернемся к загрузке плагина еще одного виртуального устройства. В редактировании шестой строки устройств, выберем «Generic - Dummy Device». Это фиктивное устройство для предоставления дополнительных возможностей движку правил. Фиктивное устройство содержит четыре переменных, которые можно использовать для хранения пользовательских данных. Нам это фиктивное устройство понадобится для реализации алгоритма, однокнопочного местного управления значением уставки и для публикации установленного значения в MQTT топике. Дадим название этому плагину «FP» и включим плагин, установив крыж Enabled. В поле «Simulate Data Type» оставим «SENSOR_TUPE_SINGLE» (большая точность нам не нужна). Включим передачу данных MQTT брокеру, поставив крыж в поле «Send to Controller». Интервал передачи данных, я предлагаю поставить 60 сек. Такой периодичности вполне хватит для получения актуальных сведений о значении температуры. А об вновь подключаемых подписчиках, мы побеспокоились, включив в расширенных настройках признак «Retain Msg». Для сохранения значения уставки, создадим переменную «Set1». А для определения направления счета приращения значения уставки создадим переменную «Flag». Она тоже будет передаваться брокеру, хотя нам это особо не нужно, но не делать же нам для этого еще одно фиктивное устройство переменных, которые не будут передаваться контроллеру связи. Хотя в более сложных алгоритмах это возможно будет не лишним. Обе переменные выберем целыми без знака. И сохраняем настройки, как обычно нажатием Submit.

Рис. 8

Все готово для написания правил. Правила – это простой но довольно эффективный инструмент, для расширения функционала устройства создаваемого на прошивке ESP_Easy. Он позволяет выполнять различные действия при выполнении определенных условий, как то достижение значений одного из датчиков требуемого уровня, наступления даты и времени, срабатывания таймера или возникновении системного события (например перезагрузки. Подробно о синтаксисе, и возможности правил читаем вот тут.

Наша задача написать правило в котором, при нажатии на кнопку управления и удержании ее, например более 2 сек., начинается изменение уставки, например в большую сторону, для смены направления приращения уставки, кратковременно отпускаем и снова нажимаем кнопку, идет процесс уменьшения уставки. После отпускания кнопки сохраняется значение уставки в памяти.

В приложенном к статье архиве сохранены два текстовых файла правил. Файл rules_comment.txt, это текст правил с подробными комментариями и файл правил rules.txt, без комментариев. Так как места под правила в прошивке отводится совсем немного - 1 кбайт, то текст правил в прошивку лучше скопировать из файла без комментариев (т.е. rules.txt).

Сохраняем правила в разделе «Rules», нажатием Submit.

И в завершение поправим вторую строку, выводимую на дисплей. Нам теперь нужно отображать уставку, ту которая устанавливается вручную или удаленно. А это значение хранится у нас в переменной [FP#Set1]. Вот ее мы и впишем вместо бывшего значения [LC#getLevel].

Рис. 9

Все, перегружаем устройство и пробуем. Через две секунды после удержания кнопки, у нас начинает изменяться значение уставки. По правилу оно должно меняться каждую секунду по факту похоже в два раза медленнее. Но тем не менее местная установка возможна, а значит функциональность устройства не теряется даже если нет брокера или нет центрального устройства, оно все равно показывает и регулирует температуру, и позволяет изменить значение уставки. Также уставка изменяется и контролируется, с удаленного устройства управления. Через MQTT топик«ESP_Easy_Test/FP/Set1».

Поставленная задача решена. Далее желающие могут развивать устройство самостоятельно. Я, например, планирую навесить еще фоторезистор, что бы определять, открыта ли крышка овощехранилища. И если открыта более 1 минуты включать пищалку.

Универсальная прошивка ESP_Easy для ESP8266. Часть первая

Admin — Sun, 30 Dec 2018 13:12:00 GMT

Накануне нового 2019 года Александр Вайдуров (AlexAW) сделал очень полезный и приятный подарок всем пользователям нашего сайта, написав довольно обширную и интересную статью о том, как самостоятельно разрабатывать прошивки и программировать различные девайсы на базе широко известного чипа ESP8266 даже не имея познаний в программировании. Но, конечно, базовые познания иметь все же желательно - хотя бы для понимая того, что вы делаете. Тем не менее, надеюсь, что после прочтения этой статьи, у многих, кто сомневался в своих возможностях в программировании, появится желание самостоятельно собрать и запрограммировать какое-нибудь полезное устройство на ESP8266. Итак, далее слово предоставляется Александру:

В этой статье я постараюсь рассказать и показать, как без программирования создавать периферийное устройство на ESP8266 c прошивкой ESP_Easy. Эту универсальную прошивку создает команда разработчиков любителей, проект динамично развивается увеличивается его функциональность и объем поддерживаемого оборудования, датчиков и протоколов связи. Что особенно радует, проект не является коммерческим. Более подробно обо всем этом можно почитать на сайте разработчиков. Что касается поддерживаемого оборудования, я так понял, что прошивка будет работать практически, на всем железе, на котором установлена ESP8266.

Я познакомился с этой прошивкой, развернув ее на китайском клоне отладочной платы WeMos D1 mini. Мне понравились возможности этой прошивки. Для пробы, я собрал на ней макет терморегулятора, с цифровым датчиком температуры DS18B20, дисплеем LCD1602 подключенным через интерфейс I2C и исполнительным реле. Мой проект подключался к центральному модулю через WiFi сеть по протоколу MQTT. В качестве центрального модуля, для экспериментов я использовал MQTT клиента на Android планшете. Проект позволяет, удаленно и местно контролировать текущую температуру, состояние реле и значение уставки. Так же есть возможность, местно и удаленно изменять значение уставки.

Для создания из работающего макета реального устройства, была разработана печатная плата в среде проектирования EasyEDA. Схему проекта см. ниже.

Рис. 1

Поскольку планировалось создать еще несколько MQTT периферийных устройств, при разработке печатной платы в нее были заложены некоторые универсальные решения. На плате установлено три двунаправленных преобразователя уровня для формирования сигналов шины I2C и 1-Wire в двух вариантах уровней. Вход и Выход USART сделаны толерантными к уровням пять вольт, Для защиты аналогового входа ESP8266, в семе предусмотрена возможность установки ограничительных диодов. Все Свободные GPIO ESP8266 Выведены на двухрядный разъем, обеспечивая подключение различной периферии. Также на плате предусмотрена возможность установки исполнительного реле, звукового извещателя и трех кнопок. Порты использованные для подключения кнопок, выведены и на клеммы для альтернативного использования. Также на плате разведен DC-DC преобразователь, работающий в диапазоне входных напряжений от 7 до 28 Вольт. Для обеспечения возможности питания устройства от сети 220В, предусмотрены клеммы для установки на плату, например вот такого или вот такого сетевого блока питания на место DC-DC преобразователя.

Платки изготовлены и благополучно доставлены. Собираем и пробуем. Небольшая рекомендация! Перед впаиванием в плату ESP8266 рекомендуется поверить работу блоков питания, все питающие напряжения и работу всей обвязки. Далее требуется залить прошивку, и будем создавать WiFi устройство.

Теперь по шагам – делаем измеритель температуры, а потом на его базе и терморегулятор. С контролем по сети, протоколом MQTT.

Шаг первый – прошивка. Закачиваем архив со “свежей” прошивкой из репозитория. В архиве содержатся исходные файлы, скомпилированные прошивки для различных вариантов ESP и загрузчик, позволяющий загрузить эти прошивки через последовательный порт в ESP. Предлагаю установить на плату ESP12 c 4 Мб. флэш памяти на борту. Тогда нас будет интересовать вариант скомпилированной прошивки для размещения во флэш объемом 4 Мб и та, которая наиболее проверена и оттестирована. Такая прошивка в имени содержит слово normal. Я скачал и выбрал вот такую прошивку ESP_Easy_mega-20181220_normal_ESP8266_4096.bin. Подключаем USB – UART (ttl) преобразователь интерфейсов, к портам USART ESP. Вход Rx преобразователя соединяем с выходом Tx ESP, и выход Тх преобразователя соединяем с входом Rx ESP. Запускаем загрузчик и выбираем файл прошивки для загрузки. Подключаем вывод GPIO 0 к общему проводу.

Рис. 2

Запускаем загрузку нажатием кнопки Flash, и прижимаем кратковременно вход reset ESP к общему проводу. Начинается процесс загрузки, о чем в окне монитора загрузчика сообщают увеличивающиеся значения процента загрузки. По окончании загрузки, отключаем от ESP преобразователь интерфейсов и вывод GPIO 0 от общего провода. Больше нам подобную процедуру проделывать не потребуется, т.к последующие обновления мы можем делать по “воздуху”.

Шаг второй прописываем устройство в своей сети. Для этого после сброса ESP с помощью, смартфона, планшета или компьютера с WiFi интерфейсом, отыскиваем в сети точку доступа “ESP_Easy_0”, и подключаемся к ней. Пароль для подключения ”configesp”. Это точка доступа нашего устройства, которое генерирует веб страничку по адресу 192.168.4.1. Обычно после подключения к точке доступа, происходит автоматический запуск браузера и открывается страничка настройки подключения. На этой страничке, необходимо указать (выбрать) WiFi сеть к которой должно будет подключаться наше устройство и указать пароль для входа.

Рис. 3

Жмем Connect. Если все было указано верно. То вы получите сообщение о присоединении вашего устройства к сети с его IP адрес.

Рис. 4

Также адрес вы можете посмотреть на DHCP сервере своего роутера. Там же потом можете присвоить устройству фиксированный адрес по мак адресу (если нужно).

Дальнейшее общение с устройством будет осуществляться через браузер любого устройства в вашей сети. Нужно просто связаться с веб сервером устройства набрав IP адрес устройства в адресной строке браузера.

Шаг третий – Конфигурирование. Набираем IP адрес устройства в адресной строке браузера. Видим вот такую информационную страничку. Думаю, комментарии тут не требуются.

Рис. 5

Откроем вкладку Config

Вводим имя устройства в поле Unit Name, например ESP_Easy_Test, оно в дальнейшем будет идентифицировать устройство в в протоколах связи. Напротив пункта Append Unit Number to hostname, активируем крыж. В поле Unit Number вводим уникальный номер устройства. Также можем определить пароль доступа к интерфейсу конфигурирования устройства.

На этой же страничке можно указать, альтернативную точку доступа к сети, Сменить пароль доступа к устройству, в режиме точки доступа. Ввести сетевые настройки устройства. Установить режимы состояния «сна» После установки настроек необходимо их сохранить нажатием на кнопку Submit.

Рис. 6

На следующей закладке Controllers настроим протоколы связи устройства с внешним миром (центральным устройством). Как видите, протокол может быть не один. Нам нужен МQTT. Для его выбора нажимаем первую кнопочку Edit и в поле protocol выбираем один из предложенных MQTT протоколов. Они все обеспечиваются работой одного и того же плагина, отличаются только предустановленными настройками формирования сообщений в топиках. Поэтому я выбрал «OpenHAB MQTT» В нем топики формируются, привычным для меня синтаксисом, «/Имя устройства/Имя датчика/Значение (Состояние)».

Далее настраиваем параметры соединения с брокером MQTT. Указываем имя или IP адрес брокера. Если необходимо указываем Имя пользователя и пароль для подключения к брокеру. Пока делаем тестовое устройство, делаем минимум всяких защит, но при создании реального устройства стоит позаботиться о безопасности и установить пароли и на доступ к конфигурированию устройства и на подключение протоколов. Остальные предустановленные настройки оставляем по умолчанию, они нас вполне устраивают. Сохраняем нажатием на кнопку Submit.

Рис. 7

Настроенные протоколы связи мы можем включать и выключать Установкой (снятием) крыжа Enabled. Не забываем его поставить и сохранить нажатием на кнопку Submit.

Рис. 8

Открываем следующую закладку Hardware.

Рис. 9

Здесь практически все настройки можно оставить по умолчанию. Главное выберем GPIO для организации I2С интерфейса. На плате имеются несколько портов с преобразователями уровня, выберем GPIO4 и GPIO5. Так же установим GPIO2 для индикации статуса соединения WiFi и GPIO10 в состояние низкого выхода при рестарте, для того что бы пищалка наконец замолчала ))). Снова сохраняем нажатием на кнопку Submit.

Идем к следующей закладке Devices. Здесь мы пропишем и настроим все подключаемые нами к ESP8266 устройства. Начнем с подключения дисплея. Жмем первую кнопочку Edit.

Рис. 10

В меню выбора устройств находим и выбираем строчку «Display - LCD2004».

Рис. 11

Рис. 12

В строке Name вводим имя подключаемого устройства. Включим плагин поддержки LCD дисплеев, установив крыж в строке Enabled. Далее важно указать правильный адрес устройства в интерфейсе I2C. Так же выберем правильный размер дисплея - две строки по 16 символов. Что бы проверить работоспособность, для начала, давайте в первую строку выведем значение системной переменной содержащей дату и время. Подробнее о системных переменных читайте в Wiki. Для активации подсветки дисплея выберем GPIO16. Забегая вперед скажу, что это кнопка на плате, которую я планирую использовать для местной установки значения уставки. Время работы подсветки выберем 60 секунд. Режим отображения дисплея установим «отбрасывать все, что не входит в строку» Для того что бы видеть, например время, с точностью до секунд поставим периодичность вывода на экран -ежесекундно. Жмем Submit для сохранения настроек.

Если все подключено правильно и адрес интерфейса дисплея указан, верно, вы увидите системные установки даты и времени устройства. Пока время и дата, скорее всего не верные, позже я покажу, где они устанавливаются. Попробуйте подставить другие системные переменные в строки Line 1, Line 2. Вы увидите, какие еще сведения можно получить от системы ESP_Easy.

Рис. 13

Продолжим подключать устройства. Следующим подключим цифровой датчик температуры DS18B20. Этот датчик работает в диапазоне питающих напряжений от 3 до 5 вольт. На плате еще один порт снабжен преобразователем уровней GPIO13, к нему и подключим термодатчик, и запитаем его от 5вольтового питания. Для этого в закладке Devices нажимаем кнопку Edit в следующей, свободной строчке. В меню выбора устройств находим и выбираем строчку «Environment – DS18b20».

Рис. 14

Даем уникальное имя датчику, например «ТМ». Это имя будет обозначать устройство в протоколах связи вместо переменной %tskname%. Включаем плагин, выбираем порт. Включаем отправку данных с периодичностью 60 сек. Можно и чаще конечно, особенно пока экспериментируем. Будем быстрее видеть реакцию устройства.

Рис. 15

Обратите внимание на раздел Values. В нем одна строка, с именем переменной «Temperature» хранящей температуру, в протоколе связи она будет подставляться вместо %valname%. Так же в этом разделе можно указать количество знаков после запятой. Не пренебрегайте правильной настройкой разрядности, т.к. это влияет на отображение значений переменных и объем памяти необходимый для их хранения. Жмем Submit, и в окне появятся еще несколько новых строк. После начала работы плагина, произойдет опрос шины 1-Wire и если к шине подключено несколько датчиков, в меню выбора Devise Address можно будет выбрать адрес требуемого датчика, а в меню Device Resolution установить количество считываемых бит (этот параметр влияет на выдаваемую точность и время измерения). Понятно, что если на шину навесить несколько датчиков, аналогичным образом их все можно зарегистрировать и использовать. Получим многоканальный термометр. Напомню, имена датчикам следует давать уникальные. Для сохранения, как всегда, жмем submit.

Рис. 16

В списке устройств появится новый датчик и текущее значение результата его измерений.

Рис. 17

Отобразим результат измерения во второй строке дисплея. Для этого отредактируем его настройки. Жмем первую кнопку Edit. В открывшемся диалоге в поле Line 2 Вписываем заголовочный текст Temp: и далее в квадратных скобочках [название устройства #название параметра] т.е. [TM#Temperature]. И жмем submit для сохранения.

Рис. 18

В итоге наше устройство превратилось в измеритель температуры.

Забегая вперед скажу, устройство уже периодически сообщает значение температуры MQTT брокеру в топике /ESP_Easy_Test/TM/Temperature

Рис. 19

Но наша цель терморегулятор, а для этого нам нужно управлять реле исходя из сравнения измеренной температуры с требуемой. На заре разработки прошивки ESP_Easy, для решения подобных задач был разработан «механизм» написания правил. К нему мы еще вернемся, а текущую задачу решим проще. В современной прошивке в перечне поддерживаемых датчиков, есть плагин такого виртуального устройства, как регулятор -контроль уровня – «Regulator - Level Control Вот его мы и выберем после нажатия кнопки Edit в третьей строке списка подключенных устройств.

Рис. 20

Настройка регулятора не сложная. Как и а предыдущих случаях, даем уникальное имя и включаем плагин. В строке выбора GPIO – Level low: Выбираем номер порта, который будет включать реле при низком уровне измеренного параметра. На плате транзистор управления реле подключен к GPIO12, его и выбираем. В полях Check Task: Check Value: Выбираем плагин который контролирует нужный нам параметр и имя параметра. В поле Set Level запишем уровень требуемой уставки, в поле Hysteresis уровень гистерезиса переключения. Замечу, что если вы выбрали значение 1 то правильно было бы сказать, что гистерезис установлен -+ 0.5. То есть переключение на включение в нашем случае, произойдет при температуре 28.5 градусов, выключение при 29.5 градусов. Ставим крыж в квадрате Send to Controller. Это приведет к тому, что устройство будет передавать значение состояния реле при каждой его смене в переменной Output. Все настройка регулятора закончена, жмем submit, для сохранения. Состояние реле теперь зависит от значения температуры. Но что бы видеть к какому значению температуры стремиться наш терморегулятор, давайте выведем значение уставки на дисплей. Для этого опять отредактируем его настройки. Жмем первую кнопку Edit, и в открывшемся диалоге, в поле Line 2 запишем Temp:[TM#Temperature] Set:[LC#getLevel] И жмем submit для сохранения.

Рис. 21

Регулятор готов. На дисплее мы видим текущую температуру и установленную температуру уставки.

Рис. 22

Статья получилась довольно обширная. Но видимо это по тому, что она изобилует картинками. Тем не менее, будем закругляться.

Кратко напишу еще про протокол MQTT, точнее про топики, которые публикует наше устройство. Как вы помните, мы ставили крыжи напротив надписи Send to Controller у двух плагинов, датчика температуры с именем «TM» и параметром «Temperature», и регулятора с именем «LC» и параметром «Output». Напомню имя устройства у нас ESP_Easy_Test.

Итак наше устройство публикует два топика:

Топик со значением температуры /ESP_Easy_Test/TM/Temperature в виде числа с плавающей точкой;

Топик с значением состояния реле /ESP_Easy_Test/LC/ Output, 0 - реле выключено, 1 – включено.

Подписывайте свого MQTT клиента на указанные топики, и вы будете периодически получать значения текущей температуры и изменения состояния реле.

Вот собственно и все. Для первого знакомства, пожалуй хватит. В следующей статье я расскажу о дальнейшем развитии терморегулятора. А именно о том, как с помощью правил сделать местное однокнопочное управление значением уставки, а также как менять значение уставки удаленно с центрального устройства через MQTT топик. Для этого мы изучим возможности еще нескольких плагинов, познакомимся с синтаксисом написания правил, узнаем несколько полезных тонких настроек, для улучшения потребительских свойств создаваемого устройства.

Web Home Pi. Update 11_2018

Admin — Sat, 24 Nov 2018 14:23:00 GMT

Представляю вашему вниманию очередное обновление системы домашней автоматизации WebHomePi. Что бы не утомлять вас долгим и скучным описанием, очень сжато и кратко расскажу только обо всех внесенных изменениях по отношению к предыдущей версии (08_2018), тем более, что их на первый взгляд в плане функциональности системы, оказалось не так уж и много. Изменения коснулись в первую очередь оптимизации структуры web-интерфейса, добавления некоторых новых функций, а также исправления выявленных ошибок.

Web-интерфейс в текущей версии в текущей версии состоит из восьми страниц (рис.1).

Рис. 1

На главную страницу (index.html) добавлена функция вывода до шести датчиков DHT22 с контроллера метеостанции, связанной с Raspberry Pi по интерфейсу RS485. Количество подключенных к метеостанции и выводимых на главную страницу датчиков можно настроить в меню конфигурирования. Добавлена кнопка сброса позиционирования датчиков в исходное состояние. Эта кнопка, а также кнопки выбора планировки и записи параметров по умолчанию (при загрузке страницы) скрыты, и для получения доступа к ним необходимо кликнуть по логотипу «WebHomePi» на главной странице (рис.2).

Рис. 2

Изменения на странице sensors.html затронули порядок размещения датчиков и графиков. Теперь каждый график для более наглядной визуализации размещается рядом со «своим» датчиком (рис.3). Необходимо отметить, что на страницу sensors.html, аналогично как и на главную страницу, выводятся только те датчики, которые активированы в меню конфигурирования на странице config.html. Еще раз напомню, что для корректной работы системы, никогда не активируйте в меню датчики и устройства, которые физически не подключены к Raspberry Pi.

Рис. 3

На страницу remote.html добавлены интерфейсы управления двумя типами релейных модулей, работающих по шине RS485 (в предыдущей версии для них использовались отдельные страницы интерфейсов). Интерфейсы релейных модулей на странице remote.html будут отображаться только в случае их активации в меню конфигурирования системы (рис.4)

Рис. 4

Расширен функционал интерфейса управления по MQTT – реализована поддержка контроллера на ESP8266, позволяющего управлять 4 выходами, контролировать состояние 4-х входов и получать данные с датчика температуры и влажности DHT22 (рис.5). Обращаю внимание, что для настройки работы по MQTT пользователю теперь нет необходимости вручную прописывать в скрипте mqtt.py свой IP адрес сервера (Raspberry Pi) – данный параметр считывается из системы автоматически.

Рис. 5

Дополнительно предусмотрена функция установки пользователем в меню конфигурирования тайм-аута периодической записи показаний датчиков в базу данных для построения графиков. Тайм-аут задается в минутах в диапазоне от 1 до 59 минут.

Также в процессе работы над текущей версией был исправлен ряд выявленных ошибок, в частности, сброс в исходное состояние сохраненных позиций расстановки объектов на планировке при случайной записи, отображение в web-интерфейсе remote.html пустых «строк» входов и выходов GPIO в случае их отключения в меню конфигурирования, устранены ошибки в макросе работы с датчиками DHT22, выполнена оптимизация кода.

Ниже приведена небольшая видеоинструкция по первичной настройке системы после развертывания образа на SD карте:

Join our group on Facebook. Присоединяйтесь к нашей группе в Фейсбуке

Образ SD-карты WebHomePi версии 11_2018

Web Home Pi. Update 08_2018

Web Home Pi. Update 05_2018

Web Home Pi

Домашняя «АСКУЭ» на электросчетчике SDM230

Admin — Fri, 07 Sep 2018 17:18:22 GMT

В условиях постоянно растущих тарифов на коммунальные услуги, экономия потребителями электрической энергии, воды, газа становится довольно актуальным вопросом.

Сейчас для каждого дома или квартиры установлены индивидуальные приборы учета – электросчетчики, счетчики расхода воды, для домов с газовым снабжением – счетчики газа, идет внедрение приборов учета тепла. Как правило, показания приборов учета снимаются потребителями только раз в месяц в день оплаты коммунальных платежей для расчетов со снабжающими организациями. Но для того, что бы понимать, как лучше экономить потребляемые ресурсы, необходимо вести постоянный мониторинг их расхода. Затем по полученным результатам можно произвести детальный анализ и разработать мероприятия по уменьшению потребления ресурсов.

Поэтому, давайте поговорим о создании «инструмента», который позволит получать подробную информацию о статистике расхода потребленной электроэнергии и параметрах питающей сети.

В настоящее время индукционные электросчетчики уходят в прошлое и для контроля потребленной электроэнергии, устанавливаются электронные электросчетчики. Кроме того, если в доме предусматривается организация автоматизированной системы контроля и учета электроэнергии (АСКУЭ), электросчетчик имеет интерфейс передачи данных, например, RS485, Ethernet, CAN, PLC, GSM и т.д. Поэтому, для контроля расходуемой электроэнергии, идеальным вариантом было бы подключить к интерфейсу существующего электросчетчика систему сбора данных, которая будет регистрировать показания электросчетчика с выборкой данных за определенный период, складывать их в базу и по полученным результатам строить графики потребления электроэнергии.

К сожалению, при таком подходе возникает одна очень серьезная проблема. Дело в том, что электросчетчик, который установлен электроснабжающей организацией, является расчетным учетом электроэнергии. Клеммная крышка такого электросчетчика в обязательном порядке пломбируется, причем коммуникационный разъем интерфейса, как правило, тоже оказывается под пломбой. Но даже если интерфейс электросчетчика окажется и неопломбированным, то вряд ли представители Энергосбыта дадут разрешение на подключение к нему сторонних устройств. А в случае самовольного подключения можно попасть и под штрафные санкции.

Следовательно, наиболее приемлемым вариантом будет установить после расчетного еще один электросчетчик с интерфейсом передачи данных и снимать показания расхода электроэнергии с него через интерфейс RS485 (рис.1):

Рис. 1

Далее я расскажу о создании «домашней АСКУЭ» исходя из собственного опыта.

Для начала необходимо было определиться с выбором электросчетчика. После анализа имеющихся на рынке изделий, решил выбрать электросчетчик из линейки SDM производства компании Eastron Electronic Instruments с интерфейсом RS485 и протоколом связи Modbus RTU. В эту линейку входят электросчетчики SDM120, SDM220, SDM230 и SDM630 (рис.2)

Рис. 2

Электросчетчик SDM630 предназначен для работы в трехфазных сетях и применять его для «квартирного» однофазного учета смысла нет. SDM120 имеет компактные размеры (стандартный 17,5 мм модуль на DIN-рейку), однако его максимальный ток составляет 40 А. К тому же клеммы для подключения силовых цепей, как мне показалось, недостаточно надежны.

SDM220, SDM230 имеют фактически одинаковые параметры и обеспечивают измерение тока до 100 А. Отличие заключается в количестве регистров параметров (у SDM230 их больше) и электросчетчик SDM220 предназначен для работы в однофазной сети переменного тока 220 В, а SDM230, соответственно, для работы в однофазной сети переменного тока 230 В. К тому же у электросчетчика SDM230 более удобно расположены клеммы подключения силовых цепей – клеммы подключения фазного провода находятся сверху, а клеммы подключения нулевой шины и интерфейсный разъем RS485 расположены в нижней части устройства (рис.3).

Рис. 3

Поэтому, в силу указанных выше причин, а так же учитывая то, что согласно действующего ГОСТ 29322-92 «Стандарты напряжений» номинальным напряжением в сети является значение 230В, был приобретен электросчетчик Eastron SDM230 Modbus RTU. Конечно, его не получится использовать в качестве расчетного учета электроэнергии, т.к. данный прибор не внесен в Государственный реестр средств измерений. А вот для создания «домашней АСКУЭ» он подойдет в самый раз.

Заказать электросчетчик SDM230 можно через Aliexpress, стоимость с доставкой составит приблизительно 30$. Будьте внимательны, делая заказ – компания Eastron Electronic Instruments является известным китайским производителем, в связи с чем на Aliexpress появилось довольно много копий (или говоря прямо – подделок) данного бренда. Поэтому, лучше всего заказывать электросчетчик непосредственно в магазине производителя – «Eastron Electronic World». Также обязательно укажите продавцу на наличие интерфейса RS485, т.к. существуют модификации электросчетчика SDM230 без RS485.

Из недостатков электросчетчика SDM230 необходимо отметить отсутствие внутренних часов реального времени, что не позволяет формировать расход потребленной электроэнергии по суткам, месяцам, тарифным зонам и т.д. непосредственно в самом электросчетчике. Но при необходимости все это можно реализовать на стороне сервера – устройства сбора и обработки данных, к которому будет подключен электросчетчик.

SDM230 позволяет по запросу передавать через интерфейс RS485 ModbusRTU 24 параметра питающей сети и потребленной электроэнергии. Перечень контролируемых параметров и адреса их регистров приведены в таблице на рис.4:

Рис. 4

Разумеется, можно вывести и контролировать все 24 параметра. Но для полноценного анализа достаточно ограничиться только основными параметрами:

напряжение сети (Line to neutral volts)
потребляемый ток (Current)
частота сети (Frequency)
полная мощность (Apparent power)
активная мощность (Active power)
потребленная активная энергия (Total active energy)
коэффициент мощности (Power factor)

Величину реактивной мощности можно «напрямую» не контролировать – для ее оценки будет вполне достаточно значения коэффициента мощности (cos φ).

Для сбора и обработки получаемых данных, электросчетчик был интегрирован в систему домашней автоматизации WebHomePi. В ее последней версии уже есть поддержка электросчетчика SDM230, поэтому дополнительных программных пакетов устанавливать не нужно. Из аппаратных средств вам понадобится микрокомпьтер Raspberry Pi любой из версий В+, 2, 3, 3B+ и преобразователь интерфейса UART/RS485. Достаточно подключить SDM230 к шине RS485, скачать и скопировать готовый образ системы на SD карту и можно работать с электросчетчиком SDM230 через web-интерфейс.

Я не призываю вас использовать именно WebHomePi, поддержка протокола RS485 есть в различных системах домашней автоматизации, таких например, как OpenHAB, Home Assistant, MajorDoMo. Поэтому подключить электросчетчик SDM230 к любой из этих систем большого труда не составит.

Несколько слов об установке электросчетчика SDM230. Разместить его лучше всего рядом с расчетным электросчетчиком, например, на DIN-рейке совместно с автоматическими выключателями и УЗО в распределительном щите (рис.5).

Рис. 5

Разрыв фазного провода включается между клеммами L-in – генератор и L-out – нагрузка (см. рис.3). Разрыв шины N делать необязательно – достаточно просто подключить ее к любой из клемм N-in или N-out.

Итак, будем считать, что SDM230 подключен к силовой и интерфейсной цепи (RS485), и его показания выводятся на страницу web-интерфейса (рис.6). Но показания расхода активной энергии SDM230, естественно, не совпадают с показаниями расчетного электросчетчика. Поэтому, далее рассмотрим такой вопрос, как «синхронизация» показаний расчетного электросчетчика и показаний, получаемых от SDM230 и вводимых в программу визуализации и обработки данных.

Рис. 6

Электросчетчик SDM230 имеет класс точности 1 (единица), что соответствует требованиям, предъявляемым к расчетным приборам учета электроэнергии для бытового сектора. Но вне зависимости от того, какой из электросчетчиков реально более точный (расчетный или SDM230), за эталон мы обязаны принимать только показания расчетного электросчетчика, т.к. именно по нему производится расчет с электроснабжающей организацией. Следовательно, показания расчетного электросчетчика принимаются за «начальную точку отсчета» и такие же показания необходимо установить на SDM230. Но дело в том, что в электросчетчике SDM230 нет возможности установки произвольных показаний потребленной электроэнергии, что в нашем случае соответствующих показаниям расчетного электросчетчика. Впрочем, эта ситуация характерна практически для всех приборов учета.

Поэтому, проще всего пойти по следующему пути – снимать с SDM230 реальные показания и в программе обработки данных добавлять «дельту» (разницу) показаний между расчетным электросчетчиком и SDM230. Допустим, на расчетном электросчетчике показания 1000,55 кВт*ч, а на SDM230 – 0,55 кВт*ч. Следовательно, каждый раз получив с SDM230 значение потребленной энергии, для ввода корректных данных, программа должна добавлять к этому значению число 1000.

Однако когда таким образом вы «синхронизируете» показания обоих электросчетчиков с точностью даже до сотых долей кВт*ч, то через некоторое время начнется «рассинхронизация» данных, причем со временем она будет увеличиваться. Давайте проанализируем, почему это происходит.

Первый фактор такой «рассинхронизации» - это погрешность измерений электросчетчиков. Ведь если даже прибор метрологически поверен и его погрешность находится строго в допуске, то все равно погрешность существует. Погрешностью расчетного электросчетчика мы должны пренебречь, так как его показания, как было выше сказано, являются точкой отсчета, а погрешность электросчетчика SDM230 считать относительно расчетного, который приняли за эталон.

Второй фактор – это собственное потребление электроэнергии электросчетчиком SDM230. Да-да, не удивляйтесь, любой электронный счетчик тоже является потребителем электроэнергии для питания своей внутренней схемы. Разумеется, мощность эта небольшая, но расчетный электросчетчик в любом случае ее учитывает, что увеличивает «разбежку» показаний между расчетным электросчетчиком и SDM230.

В технической документации на SDM230 собственное потребление электросчетчика не указано. После обращения к производителю с просьбой предоставить данную информацию, был получен лаконичный ответ – «Less than 2W». Следовательно, максимальное значение расхода электроэнергии непосредственно самим электросчетчиком за месяц может достигать:

А _{потребление SDM230} = 2 * 24 * 31 = 1448 Вт*ч = 1,448 кВт*ч

На основании рассмотренного выше, можно привести формулу «баланса мощности» для электросчетчиков. Обратите внимание, что разность показаний и погрешность электросчетчика SDM230 по отношению к расчетному может быть как положительной, так и отрицательной:

А _{расчетный} = (А _{показания}_SDM230) +/- (А_{разность показаний}) +/- (А_{погрешность}_SDM230) + (А _{потребление}_SDM230)

Если посмотреть на полученную формулу, то легко понять, что нет смысла отдельно рассчитывать значения погрешности и собственного потребления, достаточно знать их сумму – (А_{погрешность}_SDM230+ А _{потребление}_SDM230) и добавлять ее к конечному результату с учетом разницы показаний. Рассчитать эту сумму можно практическим методом, который позволит получить точный результат, но потребует определенного времени. Допустим, расчетный электросчетчик и SDM230 были синхронизированы на отметке 1000,55 кВт*ч без учета погрешности и собственного потребления SDM230. Говоря иначе, в программу была введена только разность начальных показаний электросчетчиков. Через месяц показания расчетного электросчетчика составили 1200,55 кВт*ч, а SDM230 - 1199,55 кВт*ч. Следовательно, на 200 кВт*ч значение суммы (А_{погрешность}_SDM230+ А _{потребление}_SDM230) составило 1 кВт*ч. Однако, учитывая, что объем потребления электроэнергии каждый месяц разный, это значение не является константой и будет постоянно «плавать».

Поэтому, исходя из полученного результата, более правильно рассчитать значение суммы (А_{погрешность}_SDM230+ А _{потребление}_SDM230) на один потребленный кВт*ч:

А _{(разность на 1 кВт*ч)} = (1200,55 – 1199,55) / (1200,55 – 1000,55) = 0,005 кВт*ч

Говоря иначе, на каждый измеренный электросчетчиком SDM230 1 кВт*ч, необходимо дополнительно в программе обработки данных выполнять приращение 0,005 кВт*ч.

При соблюдении всех рассмотренных условий визуальные показания расчетного электросчетчика и показания, вводимые в программу обработки данных, должны быть абсолютно идентичны на протяжении всего периода совместной эксплуатации расчетного электросчетчика и SDM230.

Посмотрите демонстрационные видео работы электросчетчика SDM230:

Итак, мы рассмотрели, как создать простейшую «домашнюю АСКУЭ» на электросчетчике SDM230. Из собственного опыта с уверенностью могу утверждать, что это довольно полезная штука для вашего дома или квартиры. Например, вы сможете удаленно контролировать расход электроэнергии через локальную сеть или интернет. Также с ее помощью я просчитал реальное потребление электроэнергии абсолютно всеми домашними нагрузками, что в итоге повлияло и ускорило полный перевод освещения на светодиодное. Был выявлен довольно интересный эффект, связанный с коэффициентом мощности (cos φ), который в очередной раз подтверждает не пользу, а полную бесполезность, или даже вред различных устройств «экономии электроэнергии», предлагаемых недобросовестными продавцами доверчивым покупателям. Обо всем этом я постараюсь рассказать вам в следующих публикациях.

Web Home Pi. Update 08_2018

Admin — Mon, 27 Aug 2018 14:35:19 GMT

С момента предыдущего обновления WebHomePi прошло уже более трех месяцев. За это время система претерпела довольно значительные изменения. Итак, давайте рассмотрим, что же изменилось по сравнению с прежней версией WebHomePi:

главная страница интерфейса представляет собой планировку дома или квартиры, на которой в произвольном порядке можно разместить и зафиксировать объекты мониторинга (датчики и дискретные входы GPIO) и управления (выходы GPIO). Имеется возможность загрузки пользователем собственных шаблонов планировок (до 5 вариантов);
объединены в один интерфейс страницы датчиков, входов/выходов GPIO и графиков.
для хранения показаний датчиков, журналов событий и т.д., в систему интегрирована база данных SOLite;
добавлен инструмент для удобного масштабирования графиков;
интегрирована поддержка протокола MQTT;
измены алгоритмы работы макросов Python с датчиками;
изменена форма визуализации датчиков;
с целью оптимизации программного кода html страниц, JS-скрипты и стили css вынесены в отдельные папки.

Изменения также затронули и распределенный сегмент системы, т.е. устройств, подключаемых к центральному модулю по интерфейсу RS485. В частности, реализована поддержка последней версии радиомодуля и добавлена возможность считывания показаний с однофазных счетчиков электроэнергии типа SDM220(230).

Join our group on Facebook. Присоединяйтесь к нашей группе в Фейсбуке

Внимание! Учитывая, что в программное обеспечение WebHomePi были внесены довольно существенные изменения и дополнения, данная версия является beta-версией и предназначена в первую очередь для тестирования пользователями.

Интерфейс управления состоит из десяти html-страниц (рис.1). По умолчанию в меню активированы 4 страницы – главная, GPIO/датчики/графики, журнал событий и конфигурирование системы. Включить или выключить в меню определенные страницы интерфейса можно через страницу конфигурирования.

Рис.1

Index.html. Данная страница интерфейса выводится первой после входа в систему по логину и паролю. Условно она представляет собой «холст», на котором пользователь размещает планировку квартиры или дома вместе с элементами управления и мониторинга. По умолчанию все датчики (за исключением показаний температуры и загрузки CPU Raspberry Pi), а также все входы и выходы GPIO деактивированы, и, следовательно, не выводятся в интерфейс. Активировать нужные датчики, входы и выводы GPIO можно на странице конфигурирования системы. Настоятельно рекомендуется не активировать датчики, которые физически не подключены к портам Raspberry Pi, т.к. это может привести к некорректной работе системы. После активации выбранные датчики, входы и выходы GPIO появятся на главной странице (index.html) и их можно разместить в любом месте планировки дома, перетаскивая объекты «мышкой». Функция перетаскивания объектов (Drag&Drop) доступна не только при работе с «мышкой», но также при работе с устройствами, имеющими сенсорное управление (смартфон, планшет).

Начальная расстановка всех входов и входов, выходов и датчиков приведена на рис.2

Рис.2

Выбор планировки производится кнопкой «Select». Всего доступно выбрать пять типов планировок. Разумеется, вероятность того, что имеющиеся в базе системы планировки кому-то подойдут, крайне мала, даже если их будет и сотня. Поэтому, для создания собственных планировок, пользователю необходимо их нарисовать в любом графическом редакторе и загрузить в папку /home/pi/myproject/html/image/plans. Можно заменить все пять имеющихся планировок на пользовательские. Изображения планировок должны иметь разрешение 800х460.

После выбора планировки и расстановки на ней объектов мониторинга и управления, необходимо записать (сохранить) полученную расстановку кнопкой «Write». Помните, что каждый раз перед записью необходимо изменить положение хотя бы одного объекта. Если этого не сделать, то после записи все объекты будут сгруппированы по абсолютному позиционированию на нулевые координаты (верхний левый угол страницы).

sensors.html. На этой странице сгруппированы активированные входы и выходы GPIO, датчики и их графики (рис.3)

Рис.3

Также на данной странице отображаются режимы работы входов и выходов (режим термостата, таймера и т.д. ). Разумеется, доступны функции управления выходами и контроль входов.

counter.html. Страница позволяет контролировать через интерфейс RS485 показания электросчетчика SDM230. В web-интерфейс выводятся параметры напряжения, тока, частоты, полная и активная мощности, а так же расход электроэнергии в кВт*ч с построением графика потребления (рис.4)

Рис.4

radio.html. Интефейс работы с радиомодулем версии 2.0 (разработка Alex_AW), описание радиомодуля

meteo.html. Интерфейс показаний контроллера температуры и влажности, описание контроллера

relay_1.html. Интерфейс контроля и управления релейного модуля, описание релейного модуля

relay_1.html. Интерфейс контроля и управления релейного модуля разработки Alex_AW, описание релейного модуля

mqtt.html. Web-интерфейс для работы с контроллером по протоколу MQTT (рис.5). Это пока тестовая версия контроллера, которая позволяет управлять одним выходом и контролировать температуру и влажность с помощью датчика DHT22. Более подробное описание контроллера смотрите по этой ссылке.

Рис.5

logs.html – журнал событий системы.

сonfig.html – конфигурация системы. В дополнение к предыдущей версии добавлена возможность визуализации входов и выходов GPIO.

Для большей наглядности возможностей работы с интерфейсом новой версии WebHomePi, предлагаю вам посмотреть небольшой видеоролик:

Образ SD-карты WebHomePi

Протокол MQTT в WebHomePi

Admin — Thu, 28 Jun 2018 15:58:48 GMT

О протоколе передачи данных MQTT (Message Queue Telemetry Transport), слышали, пожалуй, уже все, кто хоть немного интересуется темой автоматизации. В 2014 году спецификация протокола MQTT была стандартизирована и с того времени он набирает все большую популярность. Поэтому, вполне логично, что поддержка данного протокол была интегрирована в систему домашней автоматизации WebHomePi.

Остановимся на основных особенностях протокола MQTT.

MQTT является асинхронным сетевым протоколом и работает поверх TCP/IP, что позволяет использовать его в существующей локальной сети без какой-либо ее модернизации. Протокол не создает большой нагрузки на канал связи, не имеет ограничений на формат передаваемых данных, имеет несколько уровней качества обслуживания и способен работать в условиях нестабильной связи.

Для обмена данными между устройствами в протоколе MQTT используется принцип «издатель-подписчик». Издатель является источником данных, подписчик – их получателем. Взаимодействие между издателями и подписчиками осуществляется через «посредника», который в MQTT называется «брокер»

Рассмотрим пример работы протокола MQTT (рис.1).

Рис. 1

Допустим, нам необходимо передать данные с датчика температуры на компьютер пользователя. В этом случае датчик температуры (P) является издателем, а компьютер (PC1) – подписчиком. Издатель отправляет данные брокеру, который ретранслирует эти данные на компьютер пользователя. Причем, эти данные также получат все, кто подписан на рассылку от датчика температуры (т.е. и компьютер PC2).

В рассмотренном примере датчик температуры (а точнее устройство, в котором он установлен) выполняет только функцию издателя. Но если это устройство имеет не только функцию измерения и контроля (датчик температуры), но и функцию управления извне (реле), то устройство является издателем и подписчиком одновременно (P/S) – через издание передаются данные от датчика, а через подписку – принимаются команды управления реле.

Брокер может быть организован как в локальной сети пользователя, так и в глобальной сети интернет. Применительно к системе домашней автоматизации, лучше создать брокера именно в локальной сети. Для Raspberry Pi наиболее оптимальным вариантом является брокер Mosquitto. Интеграция Mosquitto, а также сопутствующих пакетов в WebHomePi уже реализована и появится в ближайшем обновлении системы. Но вы можете установить брокер в текущую версию и самостоятельно. Как это сделать, я попробую сейчас рассказать. Ну и заодно рассмотрим демонстрационный контроллер, работающий по протоколу MQTT.

Для установки Mosquitto в первую очередь выполним обновление операционной системы Raspbian и установленных пакетов:

sudo apt-get update

Импортируем ключ GPG (ключ необходим для подтверждения подлинности устанавливаемого пакета Mosquitto) :

sudo wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-repo.gpg.key

sudo apt-key add mosquitto-repo.gpg.key

sudo rm mosquitto-repo.gpg.key

Скачиваем из репозитория и устанавливаем брокер и клиент Mosquitto:

cd /etc/apt/sources.list.d/

sudo wget http://repo.mosquitto.org/debian/mosquitto-stretch.list

sudo apt-get update

sudo apt-get install mosquitto

sudo apt-get install mosquitto mosquitto-clients

Далее, для взаимодействия Mosquitto со скриптами Python, необходимо установить пакет Paho:

sudo git clone https://github.com/eclipse/paho.mqtt.python.git

cd paho.mqtt.python

sudo python3 setup.py install

Выполнив установку Mosquitto и Paho, мы фактически реализовали поддержку протокола MQTT в Raspberry Pi. Далее переходим к скриптам, которые обеспечивают работу WebHomePi с этим протоколом.

Скопируйте прилагаемые файлы mqtt. html и mqtt.py соответственно в папки в html и python. Но сначала откройте в текстовом редакторе файл mqtt.py и замените в строке

client.connect("192.168.1.12", 1883, 60)

указанный IP адрес "192.168.1.12" на адрес вашего Raspberry Pi. Аналогичную замену адреса необходимо выполнять и в строках макросов управление реле.

В директорию html/logs скопируйте файл mqtt_dht22.txt

Настройку WebHomePi для работы по протоколу MQTT можно считать законченной. Переходим к «клиентской» части – контроллеру.

Устройства, предназначенные для работы по протоколу MQTT, вне зависимости от своего статуса (издатель, подписчик, издатель/подписчик) должны иметь сетевой интерфейс Ethernet или Wi-Fi. Поэтому, наиболее оптимальным вариантом для разработки таких устройств являются популярные модули ESP8266. Они позволяют создать сегмент беспроводных контроллеров, которые могут рассматриваться как альтернатива существующему в WebHomePi радиомодулю и радиодатчикам. Причем, альтернатива довольно серьезная.

В качестве примера рассмотрим тестовое устройство, построенное на ESP8266 и имеющее функцию измерения температуры и влажности, а также функцию управления электромагнитным реле. Это позволит продемонстрировать работу протокола MQTT, когда данное устройство выступает в роли и издателя, и подписчика. Подключение датчика температуры DHT22 и электромагнитного реле к портам модуля ESP8266, приведено на рис.2

Рис. 2

Программирование модуля ESP8266 выполняется в среде Arduino IDE. Для работы модуля в вашей локальной сети, в скетч MQTT_DHT_GPIO.ino необходимо внести следующие изменения:

const char *ssid = "Network" – имя точки доступа (роутера)

const char *pass = "11111111"- пароль точки доступа

const char *mqtt_server = "192.168.1.12" – IP адрес сервера MQTT (Raspberry Pi)

Загружаем отредактированный и скомпилированный скетч в ESP8266, подключаем датчик DHT22 и реле в соответствии со схемой на рис.2 и можно приступать к тестированию функции контроля и управления через протокол MQTT. После открытия страницы mqtt. html в web-браузере будут отображаться показания температуры и влажности, а кнопками ON/OFF можно управлять реле. Обратите внимание, что в качестве исполнительного элемента на схеме показан релейный модуль с транзисторным ключом без оптронной развязки. Если вы используете релейный модуль с оптронной развязкой, то управляющие сигналы для него необходимо инвертировать, т.к. в таком модуле, как правило, включение реле производится низким уровнем, а выключение, соответственно, высоким уровнем.

Также на web-страницу выводится график изменения температуры и влажности (рис.3)

Рис. 3

Данные температуры и влажности обновляются на web-странице приблизительно каждые 20 секунд. Записывать с такой высокой дискретностью данные в лог-файл и строить по ним график температуры и влажности, большого смысла нет, поэтому данные записываются приблизительно каждые 15 минут. Впрочем, если требуется иная дискретность записи, достаточно в скрипте mqtt.py изменить значение константы count.

Подводя итог применению протокола MQTT в системе домашней автоматики необходимо отметить следующее. Использование MQTT позволяет максимально упростить построение системы домашней автоматизации. Например, все функции контроля и управления можно возложить на сегмент распределенных контроллеров, построенных на ESP8266 , и Raspberry Pi в этом случае будет использоваться только в качестве web-сервера и брокера MQTT (рис.4)

Рис. 4

Реализуя подобную концепцию построения системы домашней автоматизации, вам не придется прокладывать дополнительные коммуникации для организации каналов связи. Достаточно подключить к роутеру домашней сети Raspberry Pi (через кабель или Wi-Fi), установить в нужных местах контроллеры, которые будут подключаться через Wi-Fi, и, в принципе, инфраструктура сети готова. А учитывая, что в настоящее время для модулей ESP8266 написано огромное количество библиотек, вы без проблем сможете создавать беспроводные контроллеры с различным функционалом под свои требования и цели.

Вместе с тем, при всей безупречности построения системы по такому принципу, справедливости ради отметим и некоторые недостатки. Во-первых, появляется дополнительный «буфер» между Raspberry Pi и контроллерами (датчиками, исполнительными устройствами) – роутер (точка доступа Wi-Fi), в случае отключения или выхода из строя которого, работа системы будет нарушена. Это в очередной раз подтверждает мнение, что в системах домашней автоматизации каждый контроллер должен быть самодостаточным устройством и не зависеть от работоспособности центрального модуля.

Второй момент – если контроллеров очень много, то домашняя сеть значительно разрастается, т.к. каждому модулю ESP8266 нужно выделить IP-адрес. Причем, это IP-адрес очень желательно сделать статическим (разумеется, в рамках локальной сети). Следовательно, пользователю придется немного позаниматься и администрированием сети, по крайней мере на первоначальном этапе наладки системы.

И третий момент – это применение «беспроводного» метода передачи данных в сети. Конечно, Wi-Fi это актуально и современно, не нужно прокладывать линии связи, но для дома в первую очередь нужна надежность. А надежнее «проводных» каналов пока еще ничего не придумано.

Тем не менее, преимуществ у протокола MQTT значительно больше, чем недостатков, что и подтверждает его широкое использование в сфере IoT (интернета вещей).

В завершение небольшое видео по тестированию контроллера (для контроля управления вместо реле используется светодиод):

Архив к статье (скрипты, скетч для ESP8266)

Подключение IP-камеры к WebHomePi

Admin — Sun, 17 Jun 2018 06:07:31 GMT

В этой небольшой заметке рассмотрим подключение IP-камеры к нашей системе домашней автоматики WebHomePi. Сразу хочу обратить внимание, что речь пойдет именно про IP-камеру, а не про штатный модуль камеры, подключаемый шлейфом к Raspberry Pi через соответствующий порт.

У многих может возникнуть вполне логичный вопрос – а зачем, собственно, такая интеграция нужна, если IP-камера сама по себе является самодостаточным устройством с web-сервером «на борту» и возможностью мониторинга и управления непосредственно из web-браузера или клиентского приложения? Все верно, поэтому цель такой интеграции заключается скорее в удобстве использования – подключится к WebHomePi и IP-камере можно будет по одному и тому же IP-адресу и через общий интерфейс управления.

Итак, для того чтобы получить доступ к IP-камере с отдельной страницы WebHomePi, необходимо решить две несложные задачи:

Вывести видеопоток с камеры во фрейм на странице;
Эмулировать элементы интерфейса (кнопки) для управления камерой.

Обе задачи решаются с помощью несложных скриптов JavaScript, которые взаимодействуют с внутренним доменом локальной сети, которым, в данном случае является сервер IP-камеры. Посмотреть эти скрипты вы можно, открыв в редакторе страницу camera.html. Но более интересным вопросом является, какие переменные (команды) передать в эти скрипты. К сожалению, у разных производителей камер команды могут отличаться. Поэтому, я буду ориентироваться на конкретную IP-камеру «Tenvis SCM-102251». (рис.1) . Камера, конечно, довольно «древняя» (2013 года выпуска), но как тестовый экземпляр вполне подойдет для наших целей.

Рис. 1

Вывод видеопотока для IP-камеры во фрейм осуществляется следующим образом:

Здесь указывается используемые IP-адрес и порт камеры, имя пользователя (root) и пароль (pass) для доступа к камере, а также размеры окна фрейма (640х480) и ширина рамки фрейма (2).

Для других IP-камер вывод потока может отличаться и информацию по конкретной камере придется поискать на сайте производителя или в иных открытых источниках.

Для управления камерой используются так называемые get-запросы. Например, для того, что бы повернуть камеру влево, необходимо передать на сервер IP-камеры следующую команду:

http://192.168.1.10:8001/ptzctrl?act=left

а, например, остановить поворот камеры:

http://192.168.1.10:8001/ptzctrl?act=stop

Как получить get-запросы непосредственно для конкретной камеры? Для этого достаточно подключится к IP-камере через «родной» web-интерфейс, открыть консоль на странице (Ctrl+Shift+I) и контролировать в консоли получаемые команды при нажатии кнопок управления камерой. Эти команды необходимо скопировать и сохранить.

Теперь, когда мы знаем, как выводить поток и управлять камерой, можно интегрировать IP-камеру в интерфейс WebHomePi. Для этого делаем следующее:

1. Копируем прилагаемый файл camera.html в директорию /home/pi/myproject/html

2. Создаем в директории /home/pi/myproject/html/logs файл camera.txt и вписываем туда вывод видеопотока на страницу и get-запросы для управления камерой (рис.2)

Рис. 2

При записи в файл camera.txt необходимо соблюдать следующую последовательность:

1 строка – вывод видеопотока

2 строка – поворот камеры вверх

3 строка – поворот камеры вниз

4 строка – поворот камеры влево

5 строка – поворот камеры вправо

6 строка – остановка поворота камеры

3. Добавляем в файл /home/pi/myproject/pythonl/gpio.py прилагаемый макрос чтения файла настроек IP-камеры macros_camera

После этих операций перегружаем Raspberry Pi и заходим на страницу камеры уже через интерфейс WebHomePi, например:

http://192.168.1.14:8000/camera.html (рис.3)

Рис. 3

Разумеется, IP-камеры поддерживают значительно большее число команд управления, например, zoom (приближение/удаление), изменение разрешение изображения, обзор, поворот изображения, установленная позиция и т.д. Эти команды также можно добавить в интерфейс управления. Надеюсь, кому будет нужно, без проблем справятся самостоятельно.

Исходники

В заключение небольшая демонстрация управления IP-камерой (видеоскриншот со смартфона):

Модуль охранной сигнализации для WebHomePi

Admin — Wed, 13 Jun 2018 16:18:53 GMT

На форуме как-то предлагалось подумать над разработкой модуля охранной сигнализации и его интеграции в систему домашней автоматизации. К сожалению, особой поддержки тема не нашла, а возможно, оказалась незамеченной. Тем не менее, состояние сигнализации является очень актуальной информацией в плане контроля своего дома. Поэтому, сегодня я расскажу о простом устройстве, которой пользуюсь уже на протяжении многих лет и которое методом простейшей доработки можно подключить к WebHomePi.

За основу модуля была взята сигнализация Microalarm GSM. Для подключения этой сигнализации к кросс-плате и ее адаптации к WebHomePi, в схему добавлены два управляющих ключа на транзисторах. Также изменен алгоритм записи электронных ключей в память микроконтроллера и введен дополнительный светодиод для контроля программирования. Разумеется, после указанных доработок пришлось немного подкорректировать и прошивку микроконтроллера.

Рис. 1

Join our group on Facebook. Присоединяйтесь к нашей группе в Фейсбуке

Устройство собрано на микроконтроллере 16F628A. Для управления сигнализацией (постановка/снятие охраны) применяются электронные ключи типа iButton DS1990A, работающие по шине 1-wire. Защита от внешних воздействий входа микроконтроллера, к которому подключена шина 1-wire, выполнена на варисторе NTC и ограничителе VD2VD3. Шина 1-wire выведена на считывающее устройство электронных ключей, которое представляет собой по сути два контакта со светодиодом контроля состояния сигнализации.

Для программирования (записи кодов ключей в память микроконтроллера) применяются кнопки S1 «Prog» и S2 «Erase». Контакты реле К1 должны обеспечивать коммутацию тока сирены.

Выходы OUT1 и OUT2 предназначены для подключения сигнализации к входам кросс-платы и обеспечивают отображение режимов работы сигнализации в web-интерфейсе, а также формируют команды для отправки сервером сообщений через e-mail и Telegram.

Порты, отведенные под UART (В1, В2) в микроконтроллере 16F628A, остались не задействованы, но к ним можно подключить через преобразователь уровней GSM терминал для отправки SMS сообщений непосредственно через сотового оператора (АТ-команды для формирования SMS заложены в функционал прошивки, поэтому никаких доработок кода делать не придется).

К сигнализации можно последовательно подключить несколько датчиков, имеющих в режиме охраны нормально замкнутый контакт.

Сигнализация запоминает текущий режим работы, и, в случае, если будет отключено полностью питание (основное и резервное), то устройство вернется в режим, в котором находилось до отключения питания.

Плата устройства размещена в стандартном корпусе D4MG для установки на DIN-рейку. Разумеется, можно использовать и более компактный корпус. Но у меня в этом корпусе на одной плате собраны два устройства – охранная сигнализация и шестиканальное устройство контроля температуры и влажности, имеющие общие цепи питания (рис.2)

Рис. 2

Алгоритм работы сигнализации следующий:

1. Для постановки сигнализации в режим охраны необходимо приложить зарегистрированный ключ к считывающему устройству. Если датчик охраны находится в исправном состоянии (замкнут), то включается контрольный светодиод на считывающем устройстве и сигнализация переходит в режим охраны, выход OUT1 устанавливается в состояние логического нуля.

2. При размыкании контактов охранного датчика, если сигнализация находится в режиме охраны, срабатывает реле управления звуковым извещателем (сиреной) на время примерно 75 секунд, выход OUT2 устанавливается в состояние логического нуля.

3. Для снятия с охраны в любом режиме (охрана, тревога) необходимо приложить зарегистрированный ключ к считывающему устройству. Светодиод и реле управления сиреной при этом выключаются и сигнализация снимается с охраны, выходы OUT1 и OUT2 устанавливаются в состояние логической единицы.

4. Если в режиме тревоги сигнализация не была отключена электронным ключом, то через 75 секунд отключается реле управления сиреной. Далее, в зависимости от состояния охранного датчика возможны две ситуации:

Первая ситуация – если контакты датчика замкнуты, то сигнализация возвращается в режим охраны. При этом мигает светодиод на считывающем устройстве сигнализируя, что была сработка сигнализации, выходы OUT1 и OUT2 устанавливаются в состояние логического нуля.

Вторая ситуация – если контакты датчика разомкнуты, поставка в режим охраны не происходит, светодиод на считывающем устройстве медленно мигает, выходы OUT1 и OUT2 устанавливаются в состояние логической единицы. Если в этом режиме произойдет восстановление датчика охраны (контакты замкнуться), то сигнализация перейдет в режим охраны и на выходе OUT1 установится уровень логического нуля.

При первом включении сигнализации перед записью в память электронных ключей производится очистка EEPROM микроконтроллера. Для этого необходимо предварительно зажать кнопку «Erase» и подать на устройство питание. Светодиод программирования «Prog» при этом начнет мигать. Если продолжать удерживать кнопку «Erase», то примерно через 10 секунд кратковременно сработает реле управления сиреной К1 и устройство перейдет в режим записи ключей, светодиод «Prog» и светодиод считывающего устройства включатся постоянно.

Для записи ключ прикладывается к считывающему устройству. Подтверждением записи ключа является кратковременное срабатывание реле, после чего можно прикладывать следующий ключ. Всего можно записать в память 15 ключей.

Для выхода из режима программирования нужно кратковременно нажать и отпустить кнопку «Prog», в противном случае устройство автоматически выйдет из этого режима примерно через 60 секунд после последней записи. В последующем, для записи дополнительных ключей, в режим программирования можно войти, нажав и отпустив кнопку «Prog».

Выходы OUT1 и OUT2 подключаются к любым двум входам кросс-платы. Обратите особое внимание на то, что на эти входы кросс-платы с сигнализации подается уровень 5 В, поэтому входы оптронов должны быть отключены от внутреннего источника – для этого нужно снять соответствующую перемычку.

Используемые входы кросс-платы необходимо сконфигурировать на формирование сообщений как при замыкании, так и при размыкании соответствующих входов (рис.3)

Рис. 3

На рис.4 показаны сообщения тестового прогона при различных режимах работы сигнализации на предмет отправки сообщений в Telegram:

Рис. 4

1. Сигнализация установлена в режим охраны пользователем, а затем снята с охраны пользователем.

2. Сигнализация установлена в режим охраны пользователем, после чего произошло срабатывание датчика охраны, включилась сирена и во время работы сирены сигнализация снята с охраны пользователем.

3. Сигнализация установлена в режим охраны пользователем, после чего произошло срабатывание датчика охраны, включилась сирена, которая отработала полный цикл (примерно 75 секунд) и отключилась, а сигнализация осталась в режиме охраны, т.к. датчик охраны находится в замкнутом состоянии.

4. Сигнализация остается в режиме охраны (п.3). Произошло срабатывание охранного датчика, включилась сирена, которая отработала полный цикл и отключилась, а сигнализация вышла из режима охраны, т.к. датчик охраны находится в разомкнутом состоянии.

5. Сигнализация остается в снятом с охраны режиме (п.4). Происходит восстановление шлейфа охраны (охранный датчик оказывается в замкнутом состоянии) и сигнализация автоматически снова входит в режим охраны.

Если вас интересует тема самодельных охранных сигнализаций, то на сайте есть несколько таких разработок:

MicroPIC

Microalarm GSM

Lock GSM

Модуль охранной сигнализации и СКУД

Так же лет семь назад на форуме сайта «Паяльник» я размещал небольшой FAQ по этой тематике.

Прошивка микроконтроллера сигнализации

Доработка радиодатчиков

Admin — Sun, 10 Jun 2018 14:51:48 GMT

В системе домашней автоматизации используются радиодатчики протечки воды и контроля положения окон и дверей, описание которых ранее приводилось на страницах нашего сайта. Несмотря на то, что эти датчики могут работать продолжительное время, в них отсутствует такая полезная функция, как контроль состояния батареи питания. Недостаток довольно существенный, т.к. датчики протечки срабатывают довольно редко и в случае аварийной ситуации (протечки воды), батарея может оказаться разряженной и сигнал об этом событии не будет передан на центральное устройство (радиомодуль).

Поэтому целью доработки указанных датчиков, которая была реализована Александром Вайдуровым (AlexAW), явилась необходимость уменьшить потребляемый устройством ток и обеспечить контроль элементов питания. Поскольку в микроконтроллерах PIC12F6xx нет полноценного источника эталонного напряжения, контроль питающего напряжения невозможен без введения внешнего «эталонного» источника. В качестве такого эталона предлагается применить величину падения напряжения на светодиоде в прямом включении. Для этого в схему радиодатчика контроля протечек добавлен диод VD1, а в схеме радиодатчика контроля положения окон и дверей применен светодиод в прямом включении (уже имеющийся в схеме). При этом он дополнительно отображает процесс передачи сигнала при обнаружении изменения состояния геркона.

Для реализации этой доработки пришлось изменить схему, что бы освободить входы компаратора для подключения «эталонного диода». Доработанная схема радиодатчика протечки воды приведена на рис.1, радиодатчика контроля положения окон и дверей – на рис.2.

Рис. 1

Немного теории. Падение напряжения на дифференциальном сопротивлении диода имеет параболическую характеристику при токах которые мы будем пропускать через зеленый светодиод, значение падения напряжения будет находиться где то в пределах 1.7-1.9 В, а для обычного кремниевого диода 0,55-0,65 В в зависимости от протекающего тока и типа диода. Этим мы воспользуемся для тонкой подстройки порога срабатывания компаратора, подключив в схеме радиодатчика контроля положения окон и дверей делитель R2-R3 к отрицательному входу внутреннего компаратора микроконтроллера (МК).

Рис. 2

С другого (положительного) входа компаратора микроконтроллера подключен управляемый внутренний источник опорного напряжения. по сути являющийся обычным управляемым делителем питающего напряжения. Остается установить подходящий коэффициент деления, что бы напряжение делителя было близко к напряжению падения внешнем делителе. Падение напряжения на диоде изменяется незначительно при изменении питания, соответственно и на делителе R2-R3 напряжение почти неизменно. А вот напряжение на внутреннем делителе линейно изменяется от изменения напряжения. Чем ниже питающее напряжение, тем ниже напряжение на положительном входе компаратора. и в определенный момент напряжение на положительном входе станет ниже напряжения падения на внешнем делителе, что приведет к переключению компаратора. и послужит нам сигналом для запуска процедуры передачи кода «авария питания». Сравнение деленного эталонного напряжения и напряжения внутреннего делителя производится в момент, когда на светодиод через резистор R1 подается питание.

Коэффициент деления внутреннего опорного источника вычисляется по формуле Uref=X/24*Uпит.

где Х - коэффициент деления целое число от 1 до 16.

Понятно, что шаг приращения напряжения великоват, потому более тонкую настройку можно сделать подбором резистора R2 (подбирается в диапазоне 3-5 кОм) внешнего делителя в схеме радиодатчика положения окон и дверей и резистора R1 в схеме радиодатчика протечки воды.

Для удобства в таблице (см. архив к этой статье) проведен расчет выходных напряжений в зависимости от питающего напряжения для всех возможных коэффициентов. По этой таблице выбирается подходящий коэффициент дающий напряжение опорного источника близкое к падению напряжения на внешнем делителе R2-R3 при требуемом пороге напряжении питания.

Например для используемого зеленого светодиода падение напряжения составило 1.85 В с резистором R2 в 4.7 кОм. а R3 в 2 кОм. Напряжение на внешнем делителе Ur3=Ud*R3/(R2+R3) - это около 0.55 В По табличке для того что бы компаратор сработал при Uпит. = 2В нужно выбрать коэффициент 6. В результате реально сработка происходила примерно при 2.1-2.2 В. Что и требовалось получить. Для упрощения настройки делитель R2-R3 можно заменить на переменный резистор 6-10 кОм.

Реальные испытания на макете показали что МК и передатчик сохраняют работоспособность при питании 1.4 В, поэтому об аварии питания успеет оказаться замеченным.

С целью снижения тока потребления, прежде чем отправлять микроконтроллер в сон, алгоритм выключает все лишние потребители. Источник опорного напряжения и компаратор. А когда МК разбудит прерывание от смены состояния входа геркона, снова включит эти устройства и передает код состояния геркона и потом проводит требуемые процедуры измерения. Если напряжение окажется ниже нормы спустя паузу в 1 сек. передает код «аварии питания».

Дополнительно для снижения потребления исключено использование внутренних подтягивающих резисторов, и для анализа состояния геркона задействован порт GP3 с внешним подтягивающим резистором, его сопротивление выбрано большим, так же с целью снижения тока потребления в режиме сна.

Проверка показала что в режиме ожидания МК потребляет около 3 мкА при питании от 3 В. Соответственно при замкнутом герконе потребляется дополнительный ток 15 мкА.

Коды радиокоманд, формируемые радиодатчиками, распределены в памяти EEPROM следующим образом:

Радиодатчик протечки воды:

0х00-0х02 – код протечки,

0х03-0х05 – код аварии питания, в ячейку с адресом

0х06 – коэффициент деления внутреннего делителя.

Радиодатчик контроля положения окон и дверей:

0х00-0х02 – код открытого состояния,

0х03-0х05 – код закрытого состояния,

0х06-0х08 – код аварии питания,

0х09 – коэффициент деления внутреннего делителя.

Архив материалов к статье

Радиодатчик протечки воды

Радиодатчик контроля положения окон и дверей

Обсуждение радиодатчиков на форуме

Диммерный блок с управлением по RS485

Admin — Mon, 04 Jun 2018 08:52:49 GMT

В этом проекте представлен четырех канальный диммерный блок, разработанный AlexAW на базе релейного блока для системы домашней автоматизации. В текущей версии устройства реализовано:

Управление четырех выходов по принципу «N вход - N выход»

Установка задержки включения и (или) выключения выхода. Задержка может быть установлена от 1 сек. до 256 сек. с шагом 1 сек., либо от 10 до 2560 сек. с шагом 10 сек. с точностью до минус один шаг. Выбор варианта задержки устанавливается установкой соответствующего бита в ячейку флагов делителя пауз.

Смеситель входов, позволяющий подключить к любому из четырех входов любые из четырех выходов.

Работа выходов в режиме диммирования.

Принципиальная схема устройства аналогична релейному модулю (рис 1, 2). В качестве выходных элементов применяются симисторы или твердотельные реле без встроенного детектора нуля (Zero Cross Detector). Конструктивно диммерный блок состоит их двух плат - платы управления и платы силовых элементов, размещенных в одном корпусе на DIN-рейку.

Рис. 1

Рис. 2

Управление в режимах «выключатель» и «кнопка» происходит без диммирования. Выходные симисторы в этих режимах либо весь период открыты, либо закрыты.

В режиме диммера управление осуществляется кнопкой. Кратковременное нажатие (менее 0.5 сек.) на кнопку приводит к выключению/включению выхода с плавным изменением от 0% до установленного уровня диммирования. Удержание в нажатом положении кнопки более 1 сек. приводит к плавному изменению уровня уставки, с реверсированием направления изменения уставки при повторном длинном нажатии. Кнопкой можно установить уровень уставки диммирования от 8% до 100% (командами Modbus RTU через интерфейс RS485 доступен полный диапазон от 0 до 100%)

Вход может работать как кнопка, как выключатель, как диммерная кнопка или вход может быть отключен от управления.

Имеется еще пятый вход, который работает как кнопка «выключить/включить все». Короткое нажатие на эту кнопку приводит к выключению всех выходов, а если ее нажать и подержать более 1 сек. произойдет включение всех выходов (включение которых настроено).

Настройка режимов может производиться как командами через интерфейс RS485, так и с помощью кнопки программирования. Для смены режимов необходимо установить требуемое сочетание входов и выходов (см. таблицу), нажать и подержать кнопку программирования от 3 до 5 сек. Для удобства программирования при нажатии на кнопку программирования более 2 сек. временно все входы начинают работать как кнопки.

Если подержать кнопку программирования более 10 сек., в память устройства запишется текущее состояние выходов, которое будет устанавливаться при включении питания. Текущее состояние входов при этом будет являться настройкой реакции выходов на вход «выключить/включить все».

Диммерный блок может управляться по интерфейсу RS485 (Modbus RTU). Устройство понимает более 50 команд, которые позволяют тонко провести настройку, контролировать состояния входов и выходов, вести различное управление выходами. Например, запись в регистр 0х05 по функции записи 0х03 управляет настройками режима работы входов согласно приведенной ниже таблицы:

Адреса используемых ячеек EEPROM:

0x00 – настройка входов кнопка/выключатель/диммерная кнопка/отключен

0x01 – настройка состояния реле при включении питания

0x02 – сетевой адрес устройства

0x03 – настройка состояния реакции выходов на вход «выключить/включить все»

0x11 – настройка значение константы диммирования (определяет уровень диммирования установленный после включения питания)

Аппаратная часть проекта разработана в среде EasyEDA - https://easyeda.com/Alex_AW/Dimmer_4k

Приложения к статье (архив)

Видео работы диммерного блока:

Web Home Pi. Update 05_2018

Admin — Sat, 26 May 2018 17:42:38 GMT

Последнее обновление системы домашней автоматизации WebHomePi получилось довольно объемным, поэтому рассмотрим его в рамках отдельного обзора. При разработке обновленной версии основной упор делался на то, что бы максимально облегчить пользователю конфигурирование системы под свои требования через web-интерфейс и без необходимости правок программного кода в исполняемых скриптах.

Отмечу, что обновление затронуло значительную часть программных модулей, конфигурационных файлов, установку дополнительных библиотек и т.д., поэтому создан новый образ SD-карты программного обеспечения WebHomePi, который позволит вам выполнить обновление системы, просто скопировав образ на SD-карту для вашего Raspberry Pi. Образ можно скачать по ссылке в конце этого обзора.

Итак, что же изменилось по сравнению с предыдущей версией WebHomePi:

1. Введен выбор уровня портов GPIO для управления исполнительными реле. Эта функция позволяет использовать программное обеспечение как для «классического» управления реле через транзисторный ключ (включение реле выполняется высоким уровнем, отключение – низким), так и с релейными модулями, имеющими входы управления с оптронной развязкой (в таких модулях для включения реле используется низкий уровень, для выключения – высокий).

2. Добавлена возможность назначения каждого исполнительного реле для работы с той или иной функцией. Если ранее каждая функция жестко привязывалась к определенному реле – например, термостат №1 работал только с реле №1, таймер №2 – только с реле №4 и т.д., то сейчас каждую функцию можно привязать к любому выбранному исполнительному реле.

3. Появилась возможность инвертирования управления любым исполнительным реле, что может быть полезным для реализации «обратных» функций. Например, при достижении определенной температуры термостат можно запрограммировать как на включение, так и на отключение исполнительного реле.

Настроить любую из перечисленных выше функций можно на странице конфигурирования системы (рис.1, красный сектор):

Рис. 1

4. В систему добавлен второй датчик освещенности TSL2561 с возможностью его работы в режиме фотореле. Адрес для работы со вторым датчиком по шине I2C необходимо установить 0х29 (первый датчик работает с адресом 0х39). Для этого на плате второго датчика нужно контакт L замкнуть со средним контактом(рис.2)

Рис. 2

5. Максимальное количество датчиков DS18B20 на шине 1-wire увеличено до 10 (рис.1, желтый сектор).

6. Для работы с датчиком BMP085/BMP180 использована библиотека Adafruit_Python_BMP и введена возможность сконфигурировать в настройках подключение этого датчика (рис.1, оранжевый сектор). Кроме того, в предыдущих версиях для запуска системы при отсутствии этого датчика необходимо было его закомментировать в конфигурационном файле. Аналогично, при отсутствии дисплея HD44780 на шине I2C в конфигурационном файле необходимо было закомментировать скрипт работы с дисплеем. Сейчас эти негативные моменты устранены, систему можно запустить на Raspberry Pi вообще без всякой обвязки, достаточно подключить сетевой кабель Ethernet и подать питание.

7. Добавлен режим работы по шине RS485 с релейным модулем разработки AlexAW (рис.3)

Рис. 3

Web-интерфейс релейного модуля позволяет контролировать состояние четырех дискретных входов и раздельное или одновременное управление четырьмя релейными выходами. Интерфейс позволяет работать с несколькими релейными модулями на шине RS485 – для этого предусмотрено переключение сетевого адреса для выбора работы с определенным контроллером.

8. Добавлен режим работы по шине RS485 с радиомодулем разработки AlexAW (рис.4)

Рис. 4

Web-интерфейс радиомодуля позволяет сформировать 31 команду управления, коды которых хранятся в EEPROM микроконтроллера. В данном режиме устройство работает как эмулятор радиопульта управления. Эти же коды могут быть идентифицированы как и принимаемые от различных датчиков (движения, протечки и т.д.). Благодаря такому решению нет необходимости делить область EEPROM на «принимаемые» и «передаваемые» команды, все записанные коды доступны как для приема, так и передачи.

Передаваемые и принимаемые команды отображаются в web-интерфейсе в соответствующих окнах. С помощью кнопки «Cleaning» можно произвести очистку информации о командах. Также в интерфейсе есть форма для переключения сетевого адреса, что позволяет оперативно переключаться для работы с несколькими радиомодулями на шине RS485.

9. Обновленная версия WebHomePi поддерживает работу с шестиканальным измерителем температуры и влажности, в котором на всех каналах применяются датчики DHT22. От поддержки версии измерителя с одним датчиком DHT22 и пятью датчиками DHT11 пришлось отказаться по причине того, что датчики DHT11 проявили себя довольно негативно в режиме измерения влажности. На графике (рис.5) четко прослеживается разница в измерениях влажности при использовании датчиков DHT11 и после их замены на DHT22. Ввиду указанных причин поддержка прежней версии измерителя температуры и влажности признана нецелесообразной.

Рис. 5

10. Установка сетевых адресов контроллеров на шине RS485 возможна как непосредственно на странице интерфейса, так и на общей странице конфигурации системы (рис.1, зеленый сектор).

11. Скрипт modbus.py для работы по шине RS485 с различными контроллерами разделен на отдельные скрипты.

12. Изменен принцип формирования вывода на главную страницу показаний датчиков.

13. Добавлен автоматический рестарт системы при обновлении конфигурации.

14. Добавлена возможность вывода показания датчика температуры и влажности SHT21 на дисплей HD44780, подключаемый к Raspberry Pi по шине I2C.

15. В дополнение к оповещению о событиях на e-mail (изменение состояния входов GPIO), введен режим дополнительного оповещения через мессенджер Telegram. Возможно параллельное использование обоих режимов, раздельное или их отключение. Отправляемые сообщения вводятся пользователем на странице конфигурирования, сообщения можно отправлять в т.ч. и на кириллице. Для реализации отправки сообщений через Telegram достаточно создать «бота» на этом мессенджере и ввести ваш token и id_chat в настройках конфигурационной страницы (рис.1, синий сектор). Описание процесса создания бота для Telegram вы без труда найдете в Интернете. На рис. 6 приведен скриншот передаваемых ботом сообщений.

Рис. 6

Образ SD-карты создавался на базе Raspberry Pi2. Образ, разумеется, будет работать и на более поздних версиях Raspberry Pi. Но у них есть одна проблема с работой по последовательному порту RS485. Ввиду того, что в Raspberry Pi3, Zero W вместо «хардварного» UART производителем реализован программный UART, последовательный порт RS485 будет работать нестабильно (а скорее всего вообще не будет работать). Для устранения этой проблемы необходимо открыть файл /boot/config.txt и раскоментировать в нем следующие строки:

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

enable_uart=1

core_freq=250

Если вам нет необходимости использовать шину RS485, приведенную выше операцию выполнять необязательно.

Обращаю внимание, что интерфейс системы домашней автоматизации WebHomePi англоязычный. Для переключения интерфейса на русский язык, необходимо все файлы с расширением html, находящиеся в корне папки /home/pi/myproject/html заменить на соответствующие файлы из папки /home/pi/myproject/backup/lang_ru.

Образ SD-карты

Прошивки микроконтроллеров

Home Assistant

Admin — Fri, 23 Mar 2018 18:23:42 GMT

В этом кратком обзоре я хочу познакомить вас с бесплатным программным продуктом, предназначенным для автоматизации дома – Home Assistant.

Home Assistant-это open-source платформа для автоматизации, построенная на Python3 и способная работать на различных компьютерах, в т.ч. на Raspberry Pi. Для работы с Home Assistant не требуется клиентское приложение – доступ осуществляется через web-браузер с любого компьютера, планшета или смартфона. Home Assistant обладает системой инструментов для разработчика, позволяет легко интегрировать различные датчики, исполнительные устройства и т.д., что позволит вам создать надежную систему домашней автоматизации даже в том случае, если вы не обладаете необходимыми знаниями в программировании.

Подключение периферии к Home Assistant (датчики, исполнительные устройства и т.д) рассмотрим применительно к кросс-плате, которая ранее разрабатывалась для системы домашней автоматизации, построенной на фреймворке WebIOPi – WebHomePi, что позволит пользователю выбрать более предпочтительную для него систему без замены существующего «железа».

Но это совершенно не говорит о том, что если ранее вы не собирали кросс-плату, то сейчас придется ее делать. Для установки Home Assistant на начальном этапе достаточно будет только Raspberry Pi, к которому, по мере необходимости, будут подключаться дополнительные устройства. Итак, приступим:

Сначала скачиваем образ SD-карты Home Assistant по этой ссылке - https://home-assistant.io/getting-started/

Форматируем SD-карту (объемом не менее 4 Гб) программой SDFormatter и заливаем на карту образ. Сделать это можно программой Win32DiskImager.

После копирования образа вставляем SD-карту в Raspberry Pi, обязательно подключаем кабель Ethernet и подаем питание.

Первая загрузка Home Assistant может продолжаться очень долго, до 20-30 минут. За это время система обновится, скачав нужные пакеты из репозитория. После загрузки можно подключаться к Home Assistant через web-интерфейс. Для этого определите IP адрес вашего Raspberry Pi (например, с помощью программы IPScan) и введите в браузере полученный адрес с указанием порта 8123:

http://192.168.1.12:8123

После ввода адреса в браузере откроется интерфейс Home Assistant. Если у вас есть включенные в домашнюю локальную сеть устройства, поддерживаемые Home Assistant, то они будут показаны в web-интерфейсе. Например, у меня система сразу нашла оба телевизора Smart-TV Samsung (рис.1):

Рис. 1

Теперь можно приступить к интеграции в систему различных устройств. Для этого в Home Assistant предусмотрен конфигурационный файл configuration.yaml, в который прописываются процедуры (скрипты) работы с определенным девайсом. Существует огромное количество готовых скриптов, которые можно найти на официальном сайте проекта в разделе технической поддержки.

Получить доступ к редактированию конфигурационного файла configuration.yaml, расположенного в папке /config, можно следующими способами (рис.2):

- через сервер SSH посредством программ Putty и WinSCP. Выполнить установку сервера SSH можно в разделе Hass.io. После установки не забываем задать и сохранить пароль для root пользователя;

- через сервер Samba share. Установка также выполняется в разделе Hass.io. После установки и запуска Samba share, в сетевом окружении компьютера появится папка HASSIO с конфигурационными файлами.

Рис. 2

Выше мы условились, что будет отталкиваться от существующей периферии кросс-платы. Поэтому, для начала остановимся на подключении датчиков температуры и влажности DHT22 к пинам 17 и 27 GPIO Raspberry Pi. Открываем конфигурационный файл configuration.yaml в любом текстовом редакторе (лучше всего для этих целей подойдет Notepad++), прописываем в разделе sensor: скрипты работы с датчиками DHT22 и сохраняем изменения в файле (рис.3):

Рис. 3

Отредактировав конфигурационный файл, переходим в раздел «Настройки» – «Общие» и проверяем внесенные изменения (кнопка «Проверить конфигурацию»). В случае ошибок необходимо их исправить и повторно проверить конфигурацию. Если все нормально, то можно перезагрузить сервер.

Здесь хочу обратить внимание на один очень важный момент. Если выполнить перезагрузку сервера с ошибками в конфигурационном файле, то доступ к системе через web-интерфейс будет закрыт – браузер вернет сообщение, что страница недоступна. Поэтому, настоятельно рекомендуется перед внесением любых изменений в configuration.yaml сделать его архивную копию.

После перезагрузки сервера на странице «Обзор» должны отображаться показания температуры и влажности с двух датчиков DHT22 (рис.4).

Рис. 4

Кликнув мышкой по отображаемому значению, можно посмотреть график изменения этого параметра. График легко масштабируется, что позволяет детально изучить динамику изменения контролируемого параметра (рис.5)

Рис. 5

Следующим этапом рассмотрим подключение датчиков DS18B20 по шине 1-wire.

Сначала активируем шину, прописав в файле /boot/config.txt следующую строку:

dtoverlay=w1-gpio

Затем подключаем шину 1-wire в конфигурационном файле (рис.6):

Рис. 6

После проверки конфигурации перегружаем сервер и видим показания датчиков DS18B20 (в нашем случае к GPIO,4 Raspberry Pi их подключено 8 штук) на странице «Обзор» (рис.7).

Рис. 7

Переходим к управлению реле. В конфигурационном файле прописываем номера портов GPIO, к которым подключены реле и их названия. Обратите внимание на параметр invert_logic: - его значение (false или true) определяет логический уровень на выходах GPIO после включения питания (рис.8)

Рис. 8

Проверяем конфигурацию, перегружаем сервер и получаем возможность управления реле из web-интерфейса (рис.9)

Рис. 9

Кликнув мышкой по названию реле, можно посмотреть время его включения и отключения и, следовательно, продолжительность работы нагрузки, подключенной к этому реле (рис.10)

Рис. 10

Аналогичным образом подключаем к Home Assistant 8 дискретных входов кросс-платы. Прописываем в конфигурационном файле номера портов GPIO, выделенных под дискретные входы и их название (рис.11).

Рис. 11

После проверки конфигурации и перезагрузки реле можно контролировать состояние дискретных входов. Активный (замкнутый) вход отображается в интерфейсе «галочкой» (рис.12)

Рис. 12

Журнал изменения состояния входа можно отследить, кликнув мышкой по соответствующему входу (рис.13)

Рис. 13

В разделах «Журнал» и «История» (рис.14) отображаются все действия системы за выбранный период времени, а также графики параметров подключенных к Raspberry Pi датчиков:

Рис. 14

P.S. Возможно, кто-то из участников нашего форума захочет поделиться своим опытом применения или небольшими обзорами различных систем домашней автоматизации, например таких, как  OpenHAB, MajorDoMo, Domoticz и т.д? Думаю, что такая информация была бы очень полезной и интересной в плане сравнения различных существующим систем.

Raspberry Pi Zero W в домашней автоматизации

Admin — Thu, 01 Mar 2018 13:36:28 GMT

Идея применить Raspberry Pi Zero W в системе домашней автоматизации возникла еще на этапе появления предшественника этого девайса – Raspberry Pi Zero (без Wi-Fi и Bluetooth). Однако применение сдерживало отсутствие «штатного» порта Ethernet или функции Wi-Fi и, следовательно, необходимость использования дополнительных «примочек».

Дополнительный мотивирующий фактор состоит в том, что применение «полноформатных» Raspberry Pi (B+, 2, 3), является, мягко говоря, не совсем продуктивным – загрузка центрального процессора (CPU) составляет всего 1%. Кроме того, из-за своих габаритных размеров, эти девайсы не совсем удачно вписывались в новую версию кросс-платы. Вернее, не в саму плату (здесь вопросов нет), а в корпус, используемый для установки этой платы на DIN-рейку – D9MG.

После выхода на рынок Raspberry Pi Zero W был анонсирован как «компьютер за 10$». Но если проанализировать цены на Aliexpress, то они там начинаются от 20$. Поэтому рекомендую обратить внимание на интернет-магазины в США, где без проблем можно найти Raspberry Pi Zero W по заявленной производителем стоимости. Рекламу конкретному магазину, где заказывался товар, здесь делать не буду, кому интересно, оставлю ссылку в нашей группе в Facebook.

После отправки время доставки товара в Беларусь составило примерно три недели. Довольно неплохо, учитывая рождественские и новогодние праздники.

Плата Raspberry Pi Zero W за базовую стоимость 10$ поставляется без разъема портов GPIO (штыревой разъем 2х20 с шагом 2,54 мм). Такой разъем без проблем можно найти в любом магазине радиодеталей или дополнительно заказать вместе с девайсом. Запаиваем разъем и Raspberry Pi Zero W можно использовать для работы (рис.1).

Рис. 1

Программное обеспечение WebHomePi не нуждается в корректировке – достаточно просто извлечь SD карту из Raspberry Pi и установить ее в Raspberry Pi Zero W. Однако, если до этого вы использовали соединение с сетью только через кабель (например, с Raspberry Pi2), то для соединения через Wi-Fi необходимо прописать правила нового подключения. Существует несколько способов, как это сделать, я расскажу о самом простом:

1. Оставляем SD карту в Raspberry Pi2.

2. Открываем в менеджере WinSCP файл interfaces:

sudo nano /etc/network/interfaces

3. Заменяем все в файле interfaces на следующую информацию:

source-directory /etc/network/interfaces.d

auto lo

iface lo inet loopback

iface eth0 inet manual

auto wlan0

iface wlan0 inet dhcp

wpa-ssid mynetwork

wpa-psk password

Вместо mynetwork и password указываем соответственно название и пароль (ключ) своей Wi-Fi сети (рис.2).

Рис. 2

4. Извлекаем SD карту из Raspberry Pi2, устанавливаем ее в Raspberry Pi Zero W и включаем девайс.

5. С помощью сканера сети (например, IPScan) определяем IP адрес Raspberry Pi Zero W.

6. Заходим через браузер по полученному IP адресу.

О других способах подключения Raspberry Pi Zero W к сети Wi-Fi, например, с помощью wpa_supplicant, можно найти информацию в Интернете. Кстати, этот способ подключения более предпочтительный, т.к. пароль (ключ) сети записывается в файл не в явном, а в зашифрованном виде.

При использования интерфейса RS485 с Raspberry Pi Zero W (впрочем, как и с Raspberry Pi3, Pi3 B+) в файле /boot/config.txt необходимо прописать следующие строки:

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

enable_uart=1

core_freq=250

Этими командами будет зафиксирована частота процессора и отключен блютуз от UART. Если использовать интерфейс RS485 (и, следовательно, подключать преобразователь UART/RS485) не планируется, то прописывать в файле config.tx приведенные выше команды не обязательно.

Теперь немного о полученных результатах работы Raspberry Pi Zero W.

Температура процессора (CPU) остается примерно такой же, как и для Raspberry Pi2 – не более +37°С при температуре окружающей среды около +23°С (рис.3). Дополнительное охлаждение (радиатор) не применяется.

Рис. 3

А вот с загрузкой CPU картина немного иная. Если в Raspberry Pi2 после включения в течение определенного времени загрузка плавно снижалась до 1%, то здесь минимальная загрузка после стабилизации на определенном уровне составляет 13% (рис.4).

Рис. 4

В остальном Raspberry Pi Zero W прекрасно справляется со всеми функциями, заложенными в программное обеспечение WebHomePi. Соединение по Wi-Fi стабильное, расстояние между роутером и Raspberry Pi Zero W при тестировании составляло порядка 5 метров.

Имеет ли смысл использовать или переходить на Raspberry Pi Zero W? Ответить однозначно сложно, здесь нужно ориентироваться на те цели и задачи, которые вы ставите перед своей системой домашней автоматизации. Если планируется использовать Raspberry Pi только для мониторинга и управления, и хочется сделать центральный модуль системы более компактным, то видимо да. Если планируется применение дополнительных функций, например, мультимедиа, то лучше применить Raspberry Pi3. Также немаловажным фактором будет то, как вы хотите подключить свою систему к локальной сети – по кабелю или Wi-Fi. В любом случае, альтернатива предложена, решать вам.

Доработка пожарного извещателя

Admin — Thu, 15 Feb 2018 15:42:49 GMT

В статье содержится информация о доработке пожарного извещателя (далее – датчика), выполненного Антон Бизяевым (Zoolu) и Александром Вайдуровым (AlexAW), что позволяет использовать пожарный датчик в системе домашней автоматизации совместно с радиомодулем.

Для модернизации были изучены алгоритмы работы и внутреннее устройство двух автономных пожарных датчиков ИП212-50М2 и ИП212-142. В обоих типах датчиков приблизительно одинаковый алгоритм работы:

при обнаружении задымления в помещении пожарные датчики формируют непрерывный звуковой сигнал;

при снижении напряжения питания автономной батареи до уровня близкого к критическому, пожарные датчики формируют короткие (50-100 мс.) звуковые сигналы с периодичностью приблизительно 1 мин.

В датчиках присутствуют встроенные стабилизаторы питания 5В и выходы звуковой частоты TTL уровня. Это позволяет провести доработку с минимумом деталей, из которых потребуется микроконтроллер и платка китайского радиопередатчика на 315 МГц или 433 МГц (рис.1)

Рис.1

В схеме (рис.2) задействовано всего три порта микроконтроллера PIC12F629 (PIC12F675):

вход детектирования сигнала звукового излучателя (пьезоэлемента) ;

выхода сигнала модуляции передатчика ;

выход сигнала включения передатчика. Этот сигнал может быть не использован, он предусмотрен для передатчиков имеющих такой вход управления для снижения тока потребления в режиме молчания.

Рис.2

Для подключения микроконтроллера к датчику, необходимо отыскать выход звукового сигнала с внутреннего микроконтроллера датчика. Там же на его ногах найдется и питание 5В для дополнительного микроконтроллера. Для питания передатчика можно (и желательно) использовать более высокое напряжение взятое непосредственно с батареи питания датчика. Это повысит мощность передатчика и, соответственно, дальность радиосвязи.

В качестве примера рассмотрим подключение дополнительных элементов в датчике ИП212-50М2 – выход звукового сигнала берется с 3 вывода встроенного микроконтроллера DD1, питание 5В с контрольной точки КТ1, общий и питание для передатчика подключается к минусового и плюсового вывода батареи соответственно.

В программе микроконтроллера реализуется следующий алгоритм. При обнаружении сигналов, идущих на звуковой пьезоэлемент автономного пожарного датчика, формируются сигналы управления и модуляции радиопередатчика. Всего формируется два типа кодовых посылок, поступающих на вход модулятора передатчика:

при разряженной батарее – 15 пакетов 24-х битных команд, записанных в первых трех ячейках EEPROM микроконтроллера. Команды формируются при обнаружении короткого звукового сигнала на пьезоэлементе;

при сработке датчика (режим – «Задымление») – 15 пакетов 24-х битных команд с кодом на единицу больше в третьем байте, чем записано в EEPROM. Посылки передаются с периодичностью 1 сек. с периодом модуляции 1.1-1.2 мс. Они формируются при обнаружении непрерывного звукового сигнала на пьезоэлементе;

Во время отсутствия сигнала на на пьезоэлементе (и, соответственно, на входе микроконтроллера) микроконтроллер находится в sleep-режиме и потребляет минимальный ток.

Вид доработанного пожарного датчика приведен на рис. 3 и 4:

Рис.3

Рис.4

При программировании контроллера в первые три ячейки EEPROM необходимо записать свои коды посылок – это могут любые 16-ные числа. Следует учесть, что каждый пожарный датчик может иметь свои коды и у каждого датчика их два – тот, что записан в EEPROM и на единицу больше.

По умолчанию в EEPROM записан код 0x11, 0x03, 0xA0. Соответственно, датчик формирует два кода: 0x11, 0x03, 0xA0 – режим «Батарея разряжена» и 0x11, 0x03, 0xA1 – режим «Задымление».

В архиве, приложенном к статье, содержится:

дизайн проект модулятора радиопередатчика в Proteus, который симулирует работу модулятора и позволяет посмотреть передаваемые сигналы модуляции виртуальным осциллографом;

прошивка микроконтроллера для МК типа PIC12F629 (PIC12F675).

Устройство учета воды и контроля протечек WaterUnit

Admin — Fri, 15 Dec 2017 18:40:54 GMT

Представляем вашему вниманию совместную разработку Антона Бизяева (Zoolu) и Александра Вайдурова (AlexAW) – устройство автоматического учета расхода воды и контроля протечек для систем водоснабжения WaterUnit.

Идея создания устройства ранее обсуждалась на форуме сайта. Собственно особых пожеланий от участников не последовало и основные идеи, что были изначально предложены, легли в основу проектирования устройства.

Создание проекта шло по двум направлениям:

Идеи, концепции, технические и технологические решения, схемотехника и механика, корпус и печатная плата, короче все железо проектировались Антоном

Алгоритмы работы, пользовательский интерфейс и интерфейс взаимодействия с центральным управляющим устройством, или проще выражаясь, программное обеспечение микроконтроллера, разрабатывалось Александром.

Основное назначение устройства WaterUnit – это учет расхода воды в стояках горячего и холодного водоснабжения, контроль протечек в четырех зонах, автоматическое управление приводами вентилей подачи горячей и холодной воды и звуковое оповещение при обнаружении протечки.

Кроме этого устройство может контролировать и регулировать температуру. При этом работа терморегулятора может быть логически организована для управления вентилем, подключающим водогрейный бойлер к системе водоснабжения, см. рис.1:

Рис. 1

При открывании вентиля бойлера закрывается вентиль ГВС, тем самым переключая систему горячего водоснабжения на водогрейный бойлер. В случае обнаружения протечки устройство переводит все три вентиля в закрытое положение. При желании работу терморегулятора устройства можно включить в независимом режиме. Тогда выходное реле терморегулятора будет просто управлять нагрузкой в соответствии с уставками, и ни как не будет реагировать на состояние водоснабжения и протечек. При чем, терморегулятор может работать и в режиме управления нагревателем и в режиме управления охладителем.

Все измеряемые величины, настройки и уставки устройство передает и получает по команде с центрального устройства по протоколу ModbusRTU по сети RS485.

Принципиальная схема WaterUnit показана на рис.2.

Рис. 2

Устройство собрано на микроконтроллере PIC16F1828. Выбор этого микроконтроллера основывался просто на желании освоить более современное семейство микроконтроллеров. Их цена не многим больше микроконтроллеров серии F6XX и F8XX, а возможности значительно расширены. Кроме того они имеют более высокую частоту тактового генератора, соответственно и скорость, при этом меньше потребляют энергии.

Основные технические характеристики устройства:

Тактовая частота микроконтроллера в устройстве выбрана 32 МГц

Диапазон питающего напряжения устройства от 8В до 25В

Обмен по сети RS485 протоколом ModbusRTU предусмотрен на скорости 9600 бод.

WaterUnit имеет следующие входы и выходы:

два входа импульсных счетчиков со скоростью счета до 1кГц (теоретически до 5 кГц).

четыре входа датчика протечки воды;

один вход датчика температуры. В качестве датчика применяется термистор NTC-MF52-103/3950 10кОм, диапазон измеряемых температур от -30 до +95 градусов;

три выхода реле с ШИМ питанием;

реле для управления приводом (приводами) водоснабжения;

реле терморегулятора;

реле привода водопровода горячего водоснабжения;

встроенная пищалка для местного оповещения об аварийной ситуации;

две кнопки ручного управления;

встроенная кнопка ручного управления приводами водоснабжения «Приборка /Тест»;

выносная кнопка с индикатором – для ручного управления реле терморегулятора (бойлера) «Бойлер».

Два независимых счетчика имеют делители для счета непосредственно в единицах величины. В каждом счетчике предусмотрен восьми битный делитель входных импульсов, для преобразования числа импульсов в значение величины. Объем каждого счетчика 4 байта, т.е. максимальное число сосчитанной величины – 4 294 967 295. В случае снижения питания ниже критического уровня, значения счетчиков величины и текущие значения делителей сохраняются во flash памяти микроконтроллера.

Значения счетчиков и делителей считываются и записываются двух байтными словами, в шестнадцатеричном виде. По умолчанию при программировании микроконтроллера в делители записаны коэффициенты 1 и 3. Для сведения в ячейку ЕЕPROM с адресом 03h записываются значения делителя первого счетчика, в ячейку с адресом 04h - значения делителя второго счетчика. Следует отметить, что коэффициенты деления счетчиков переписывается в специальные регистры делителей, и далее происходит их декремент с каждым входящим импульсом до нуля. Далее увеличивается значение счетчика величины на единицу, и в делитель вновь загружается коэффициент деления. После выполнения команды изменения коэффициента деления от центрального устройства, новый коэффициент загружается в регистр делителя при поступлении следующего счетного импульса.

Четыре независимых входа датчиков протечки воды сконфигурированы как входы с триггером Шмидта и имеют внешние подтягивающие резисторы сопротивлением 100кОм. Столь высокое сопротивление выбрано для повышения чувствительности устройства. Наличие нескольких входов датчиков протечки позволяет удаленно, более конкретно определить место обнаружения протечки. Все входы датчиков равнозначны.

Применение ШИМ для управления выходами позволило использовать в схеме устройства, реле с обмотками на рабочее напряжение от 3В до 24В, включенными напрямую в цепь основного питания устройства. Такое решение позволило расширить диапазон рабочего питающего напряжения в пределах 8… 25В и снизить дополнительно ток потребления, применив разные значения коэффициента ШИМ для включения реле и его удержания во включенном положении. В ячейке EEPROM c адресом 07h при программировании следует указать рабочее напряжение обмотки реле, применяемых пользователем в своем устройстве, для правильного выбора устройством коэффициентов ШИМ. Соответственно минимальное напряжение питания устройства будет равно напряжению питания обмоток реле, но не ниже 8В (по умолчанию выбраны реле с рабочим напряжением обмотки 5В) Для нормальной работы реле в широком диапазоне питающих напряжений потребовалось ввести в устройство возможность измерения текущего значения величины питающего напряжения. Измерения так же необходимы для обнаружения уровня критического снижения напряжения, при котором происходит аварийное сохранение данных счетчиков величин и текущих значений делителей для последующего восстановления значений. Для снижения потребляемого тока при критическом значении питающего напряжения, алгоритмом так же предусмотрено, выключение всех выходов, далее микроконтроллер, сохранив данные счетчиков, продолжает следить за уровнем питающего напряжения. При восстановлении питания работа устройства восстанавливается. Уровень критического напряжения при котором происходит аварийное сохранение, определен менее 7В. Уровни включения устройства в работу 7,9В и более. Учитывая, что устройство измеряет напряжение питания, было решено, что его значение можно передавать по запросу центральному устройству управления. Значения возможных измеряемых величин 7В…25,5В с шагом 0,1В. По протоколу Modbus значения передаются в шестнадцатеричном виде числом без знака от 46h до FFh

Рис. 3

Алгоритм работы реле:

Реле для управления приводом (приводами) водоснабжения приводится в требуемое состояние «открыто», «закрыто» кнопкой «Приборка/Тест» при обнаружении протечки на любом из входов в автоматическом режиме, устройство переведет реле в положение вентилей «зарыто»

Реле терморегулятора устройства может быть сконфигурировано так, что терморегулятор будет работать, как система автономного терморегулирования, или как система управления приводом вентиля подключающего бойлер к системе горячего водоснабжения. В этом режиме при обнаружении протечки привод будет закрывать не только вентили водопроводов, но и вентиль бойлера.

Реле привода водопровода горячего водоснабжения. Алгоритм работы в режиме автономного терморегулятора – такой же как и первое реле, в режиме работы терморегулятора для управления вентилем бойлера – при обнаружении протечки закрывает привод как и первое и второе реле, в автоматическом режиме работает в противофазе к приводу бойлера. (для перекрывания водопровода ГВС во время подключения к системе бойлера)

Терморегулятор может работать в режимах управления «Нагреватель» или «Охладитель». Определяется это установкой значений уставок Твкл, Твыкл. Если Твкл < Твыкл., то работаем как нагреватель, наоборот – охладитель. Если установить одинаковые значения, выход будет работать как управление нагревателем с гистерезисом 1 градус т.е. Твыкл.= Твкл.+1.

Выход пищалки, сигнализирует прерывистым сигналом с периодом 0,5 сек. при обнаружении протечки, или с периодом 0,25 сек. при аварии датчика температуры (КЗ или обрыв)

По команде с кнопки ручного управления приводами водоснабжения «Приборка/Тест», открываются или закрываются вентили систем водоснабжения, и на время «ручного режима» устройство перестает реагировать на датчики протечки воды.

Кнопка «Бойлер» предназначена для ручного переключения водопровода горячего водоснабжения с централизованного водоснабжения на местное снабжение горячей водой с водогрейного бойлера. Если по каким-то причинам автоматически выбранный режим ГВС не устраивает пользователя, используется эта кнопка, которой вручную устанавливается требуемый режим работы водоснабжением. На время «ручного режима» устройство не будет реагировать на значение температуры в водопроводе горячего водоснабжения. (Выше сказанное актуально только для режима работы терморегулятора «управление бойлером»)

«Ручной режим» действует в течении N мин. после последнего нажатия на кнопки. (По умолчанию N=15 мин. Значение хранится в ячейке EEPROM c адресом 08h и может быть установлено от 01h до FFh мин., с центрального устройства управления.) Далее режим установится в соответствии с алгоритмом автоматической работы. Если есть протечка, вентиля перейдут в закрытое состояние (если были открыты) а бойлер перейдет в режим в соответствии с уставками температуры или останется неизменным, если значение температуры центрального ГВС будет находиться внутри петли гистерезиса уставок температуры.

Центральному устройству доступна информация о текущем состоянии входов, выходов WaterUnit, возможно удаленное управление выходами, режимами работы устройства, настройка и снятия показаний счетчиков, значений текущей температуры и питающего напряжения. О всех параметрах устройство сообщает (по запросу) центральному модулю по сети RS485 протоколом Modbus RTU.

Следует отметить, что для защиты от случайной записи значений счетчиков и коэффициентов деления, введена команда ввода пароля (значение может быть установлено от 00h до FFh, по умолчанию пароль 0) После его ввода становится возможным ввод значений счетчиков величины и коэффициентов деления. так же становится возможным смена пароля. При смене коэффициентов деления текущие загруженные значения коэффициентов сбрасываются и загружаются новые. После ввода нового пароля и после выключения питания устройства смена параметров счетчика снова становится недоступной, до следующего ввода правильного пароля.

Так же необходимо добавить, что удаленное управление выходами, возможно различными вариантами. Есть команды, (см. таблицу команд) по которым удаленно имитируется нажатие кнопок «Бойлер» или «Приборка/Тест» с соответствующим переключением выходов и блокировкой автоматики на N минут. Есть возможность управления выходами реле и пищалки напрямую, но необходимо помнить что для того что бы управление происходило по удаленным командам и не сбивалось работой автоматики, следует соответствующей командой отключить управление выхода от автоматического управления.

Перечень команд Modbus RTU сведен в таблицу «Таблицы команд управления WaterUnitPWM.xls»

Все линии входов устройства и цепь питания, снабжены схемами защиты от повышенного и обратного напряжения и фильтрами высокочастотных помех. Фильтры не установлены только в цепях входов высокоскоростных счетчиков импульсов. Поскольку скорости счетчиков вполне достаточно, что бы сосчитать импульсы дребезга механических контактов датчиков расхода воды, в счетчики добавлен управляемый программный фильтр коротких импульсов. Постоянная времени фильтра может быть выбрана от 100 мкс до 25,6 мс. Чем больше значение постоянной времени фильтра тем ниже максимальная скорость счета. Теоретически получаем от 5 кГц до 20 Гц.

В конструкции устройства применены реле с двумя группами контактов. Для уменьшения количества выводов выходы реле управления горячим и холодным водоснабжением К1 и К2 с коммутированы в две клеммы, на которых происходит смена полярности питающего напряжения. Такой способ вывода в совокупности с выводами питающего напряжения, позволяет подключать электроприводы вентилей с разными схемами управления, и сменой полярности и переключением положительного или отрицательного потенциала относительно общего провода. Цепи контактов реле терморегулятора К2 с коммутированы в четыре клеммы позволяющие организовать либо подобную первым двум реле схему управления электроприводами, либо изолированную коммутацию нагрузки.

В устройстве имеются четыре светодиода.

Светодиоды LED1 (синий) и LED3 (красный) включены, когда соответствующие реле К1 и К3 выключены, индицируя, что вентили водоснабжения открыты. Для снижения потребляемой энергии устройством (учитывая, что водопроводы дольше открыты, чем закрыты) принято за открытое положение вентилей выключенное состояние реле.

Светодиод LED2 (желтый) индицирует состояния терморегулятора (бойлера). Светодиод включен когда включено реле терморегулятора (бойлера) К2. Вывод питания светодиода выведен на отдельную клемму для подключения внешних светодиодов (встроенных в выносную кнопку(и) «Бойлер»).

Светодиод LED4 (зеленый) – индикатор рабочего состояния WaterUnit. Он включен постоянно, пока работает устройство. Светодиод мигает в противофазе с пищалкой, индицируя состояние аварии, даже если звуковой сигнал удаленно отключен.

Конструкция печатной платы устройства WaterUnit разработана в онлайн системе проектирования EasyEDA. Также хотелось бы порекомендовать для заказа печатных плат, выполненных в том числе в среде EasyEDA, один довольно интересный ресурс (это не реклама !!!) - https://jlcpcb.com. Иногда на нем проводятся различные промо-акции в рамках которых можно заказать печатные платы по очень привлекательным ценам с бесплатной доставкой.

Плата проектировалась для размещения устройства вот в такой корпус.

Рис. 4

Архив дополнительных материалов к статье

Автоматизация дома Web Home Pi

Admin — Thu, 12 Oct 2017 14:30:35 GMT

Здесь размещено описание системы домашней автоматизации WebHomePi. Такому названию система обязана в первую очередь фреймворку WebIOPi, на котором, собственно, она и построена. Другими словами, WebHomePi – это WebIOPi, адаптированная для управления и мониторинга в доме.

Аппаратная часть WebHomePi. В настоящее время для WebHomePi разработано несколько новых версий кросс-платы, которые полностью совместимы с первой версией, но вместе с тем стали значительно компактнее и рассчитаны на установку в стандартный корпус на DIN-рейку D9MG. Новые версии кросс-плат разработаны модератором и одним из самым активных участников нашего форума Zoolu. Хотелось бы выразить огромную благодарность Антону как от себя, так и от всех участников форума за проделанную работу по разработке и создаю новой кросс-платы. Структурная схема аппаратной части WebHomePi показана на рис.1.

Join our group on Facebook. Присоединяйтесь к нашей группе в Фейсбуке

Рис. 1

Конструктивно кросс-плата, помещенная в корпус D9MG, состоит из следующих функциональных узлов:

микрокомпьютер Raspberry Pi (B+, 2, 3)

блок питания 12 /5 В с импульсным стабилизатором

часы реального времени DS1307

датчик давления и температуры BMP085

дисплей на базе контроллера HD44780 с интерфейсом I2C

преобразователь UART / RS485 с гальванически изолированным выходом

3 кнопоки управления

8 гальванически изолированных входов (12...24 В)

8 релейных выходов (до 230 В / 5 А)

Через интерфейсные разъемы к кросс-плате можно подключить:

8 датчиков DS18B20 (шина 1-wire)

2 датчика DHT22 (два отдельных входа)

датчик температуры и влажности SHT21 (шина I2C)

датчик освещенности TSL2561 (шина I2C)

акселерометр ММА7660 (шина I2C)

Все перечисленные выше узлы и датчики относятся к централизованному сегменту WebHomePi. Остальные устройства, подключаемые к кросс-плате по шине RS485 являются распределенным сегментом системы. В частности, это:

метеостанция

радиомодуль

контроллеры

Программная часть WebHomePi построена, как уже отмечалост выше, на базе фреймворка WebIOPi. и «обратно совместима» с предыдущей версией кросс-платы. Единственным нюансом является необходимость установки модуля преобразователя UART/RS485. Однако, можно использовать и адаптер USB/RS485, внеся соответствующие изменения в конфигурационный файл.

Интерфейс WebHomePi. Для визуализации показаний датчиков использована библиотека Just Gage. По сравнению с подобными библиотеками визуализации, например Google Gauge, эта библиотека является независимой от внешних ресурсов и может работать в закрытой от доступа в интернет сети. Фактически, это и явилось главным аргументом в пользу выбора Just Gage.

Web-интерфейс WebHomePi представляет собой восемь страниц:

«Датчики» (главная)

«Входы/выходы GPIO»

«Радиомодуль»

«Метеостанция»

«Контроллеры»

«Графики»

«Настройки»

«Журнал событий»

Первые две страницы относятся к централизованному сегменту WebHomePi, следующие три – к распределенному сегменту (работающему по интерфейсу RS485) и последние три – общие для системы в целом.

Страница «Датчики». Здесь отображаются показания мониторинга различных датчиков – температуры DS18B20, температуры и влажности DHT22, температуры и влажности SHT21, освещенности TSL2561, атмосферного давления BMP085 (BMP180), а также температура и загрузка процессора Raspberry Pi (рис.2). Выбор для подключения к WebHomePi того или иного датчика выполняется на странице «Настройки».

Рис. 2

Страница «Входы/выходы GPIO». На этой странице контролируется состояние дискретных входов и выходов Raspberry Pi и выполняется управление исполнительными реле как в ручном режиме, так и по различным сценариям, таким как управление выходами по температуре, освещенности, времени, срабатывании входов (рис.3).

Предусмотрена возможность отправки оповещений через e-mail при изменение любого из дискретных входов. Управление сценариями и ввод параметров выполняется на странице «Настройки».

Рис. 3

Страница «Радиомодуль». С помощью радиомодуля, который подключается к WebHomePi по интерфейсу RS485, можно принимать информацию о срабатывании различных радиодатчиков (движения, протечки, пожара и т.д), а так же управлять девайсами, например, такими кондиционер, вентилятор, светодиодная RGB подсветка (рис.4).

Учитывая, что страница довольно большая, она открывается в свернутом виде, где отображаются только контролируемые радиодатчики. Интерфейсы для управления девайсами открываются по клику на соответствующие кнопки «Закрыть/Открыть». Подробное описание радиомодуля смотрите здесь

Рис. 4

Страница «Метеостанция». Метеостанция – это устройство, подключаемое по интерфейсу RS485, которое позволяет собирать показания температуры и влажности с одного датчика DHT22 и пяти датчиков DHT11 с отображением их на собственном дисплее и передачей данных на Raspberry Pi с отображением в web-интерфейсе (рис.5). Подробное описание метеостанции смотрите здесь

Рис. 5

Страница «Контроллеры». Контроллер так же подключается по интерфейсу RS485 и позволяет контролировать состояние четырех дискретных входов, управлять четырьмя нагрузками до 1 кВт с помощью реле, а также контролировать параметры температуры и влажности с помощью датчика DHT22 (рис.6).

В контроллере предусмотрен режим местного управления непосредственно на месте его установки и дисплей для отображения состояния выходов, входов, параметров температуры и влажности. С помощью одного web-интерфейса можно просматривать состояние нескольких таких контроллеров, выбрав сетевой адрес требуемого устройства. Подробное описание контроллера RS485 смотрите здесь

Рис. 6

Страница «Графики». На этой странице отображаются графики изменения параметров с различных датчиков. Внизу для каждого графика размещается кнопка для очистки данных из журнала логирования (рис.7).

Все графики являются «самомасштабируемыми» при построении, а так же легко масштабируются при необходимости их детального просмотра с выборкой до минут и секунд. На странице отображаются только графики тех параметров, которые активированы на странице «Настройки».

Рис. 7

Страница «Настройки». С помощью этой страницы можно выполнить следующие настройки WebHomePi :

привязать к выходам 1 и 2 управление от термодатчиков DS18B20 №1 и №2

привязать к выходам 3 и 4 управление от таймера

привязать к выходу 5 управление от датчика освещенности TSL2561

привязать к выходам 7 и 8 управление от дискретных входов 7 и 8

выбрать подключение необходимых датчиков (для DS18B20 задать их id)

активировать отправку e-mail при срабатывании любого из дискретных входов

указать параметры получателя/отправителя e-mail (см. ниже)

определить отображаемые закладки меню

считать/записать параметры конфигурации

очистить журнал событий

выполнить перезагрузку

Параметры e-mail:

Получатель – e-mail, на который отправляется сообщение

Отправитель – e-mail, с которого отправляется сообщение

SMTP сервер – SMTP сервер отправителя

Логин – логин e-mail отправителя

Пароль – пароль e-mail отправителя

В текстовые поля input_1_close, input_1_open вводятся сообщения, которые будут в отправляемом e-mail соответственно при замыкании и размыкании входа №1. Аналогично вводятся сообщения и для остальных входов. Текст должен вводится без пробелов (для отделения слов используется нижнее подчеркивание).

Активируется функция отправки e-mail установкой чекбокса в разделе «События» напротив выбранного входа.

Рис. 8

Страница «Журнал событий». В журнале регистрируются все события, которые происходили в системе (рис.9). Причем, фиксируется не только время срабатывания определенного реле, но и причина, по которой это событие происходило. Например, запись 12-03-2017 16:19:49 , Relay 2 OFF / Temperature 29.6 говорит о том, что отключение реле №2 в указанное время произошло по команде от датчика DS18B20 вследствие повышения температуры до установленного верхнего значения - 29.6 °С.

Рис. 9

На рис. 10 и 11 показано размещение кросс-платы в корпусе D9MG.

Рис. 10

Рис. 11

Установка программного обеспечения Web Home Pi:

1. Отформатировать SD карту (емкостью не менее 4 Гб) в программе SDFormatter.

2. На отформатированную карту с помощью программы Win32DiskImager записать образ SD карты.

3. С помощью программы IPScan определить IP адрес Raspberry Pi в локальной сети (например, 192.168.1.11).

4. Выполнить вход на Raspberry Pi через web-браузер по IP адресу с указанием порта 8000 (например, 192.168.1.11:8000). Введите логин – webiopi, пароль - raspberry. Указанные логин и пароль затем можно изменить.

5. Открыть страницу конфигурации системы и выполнить все необходимые пользовательские настройки – подключаемые датчики, сценарии, режимы работы выходов и т.д. После конфигурации пользовательских настроек и перезагрузки система домашней автоматизации Web Home Pi готова к работе.

Обновление программного обеспечения Web Home Pi:

1. Запустить терминальную программу Putty и настроить доступ к Raspberry Pi – ваш IP (например, 192.168.1.11), порт – 22, имя пользователя – pi, пароль – raspberry.

2. Запустить программу WinSCP и настроить доступ к Raspberry Pi – ваш IP, порт – 22, имя пользователя – root, пароль – admin. Эта программа - менеджер файлов, для копирования файлов и папок на диск Raspberry Pi.

3. Заменить в директории home/pi папку myproject. Если необходимо сохранить предыдущие данные логов и графиков, предварительно сделайте архивы нужных файлов в папке home/pi/myprojec/html/logs, а затем восстановите их после обновления.

4. Выполнить перезагрузку Raspberry Pi командой sudo reboot. .

Образ SD-карты (русский интерфейс)

Образ SD-карты (английский интерфейс)

Обновления

Прошивки микроконтроллеров

Все статьи по теме домашней автоматизации

WebHomePi Facebook

WebHomePi Вконтакте

Видео работы web-интерфейса WebHomePi:

Web Home Pi. Контроль расхода воды

Admin — Sun, 01 Oct 2017 10:49:12 GMT

Александр (AlexAW) продолжает ударными темпами выдавать «на гора» свои разработки. На этот раз речь пойдет о создании устройства, предназначенного для контроля расходы воды. И не только.....

В представленном проекте реализован двухканальный счетчик импульсов, обеспечивающий раздельный подсчет входных импульсов поступающих на счетные входы, с частотой до 0,5 кГц и программный USART обеспечивающий связь счетчика с устройством центрального управления по интерфейсу RS485.

Источником таких импульсов могут быть герконы встроенные в современные водосчетчики, или фототранзисторы, считывающие вспышки контрольного светодиода на электросчетчиках. Для снятия импульсов с центрального индикаторного «колесика» водосчетчиков можно воспользоваться вот таким устройством или вот таким, если колесико черное, а под ним белая или блестящая поверхность. Фотодиод от последнего хорошо снимает импульсы со светодиода электросчетчика. Принципиальная схема устройства показана на рис.1

Рис. 1

Для счета непосредственно в единицах величины, в каждом счетчике предусмотрен шестнадцати битный (два байта) делитель входных импульсов, для преобразования импульсов в значение величины. Например на моем электросчетчике написано 3200 имп, на 1 кВт/ч. Соответственно если в делитель записать число 32 то счетчик будет считать с ценой деления 10 вт/ч

Объем счетчика 4 байта, т.е. максимальное число сосчитанной величины - 4 294 967 295. Этого объема счета хватит считать электроэнергию и в милливаттах, а воду в стопках, очень долго. Поэтому для обеспечения сохранения данных в случае отсутствия электропитания, в схеме один вход микроконтроллера используется для обнаружения снижения питания. Цепь питания микроконтроллера отвязана диодом от основного питания и параллельно питающим ножкам микроконтроллера установлен накопительный конденсатор, который удерживает питание микросхемы достаточным, необходимое время для записи значений счетчиков, делителей, и прочей служебной информации в EEPROM. Дальше алгоритм программы построен так что микроконтроллер крутится в ожидании возобновления питания и после удержания его в течении нескольких миллисекунд в норме, восстанавливает значение счетчиков и делителей из памяти и продолжает работу.

Счетчик импульсов управляется по интерфейсу RS485 протоколом Modbus RTU. Перечень команд выполняемых счетчиком сведен в таблицу (см. архив к статье)

Значения счетчиков и делителей считываются и записываются двух байтными словами, в шестнадцатеричном виде. По умолчанию при программировании микроконтроллера в делители записаны коэффициенты 2 и 3. Для сведения в ячейку с адресом 00h записывается адрес устройства в сети Modbus, в ячейки с адресами 01h и 02h записываются значения делителя первого счетчика, в ячейки с адресами 03h и 04h - значения делителя второго счетчика. Следует отметить, что коэффициенты деления счетчиков переписывается в специальные регистры делителей, а далее происходит их декремент с каждым входящим импульсом до нуля. А далее увеличивается значение счетчика величины на единицу, и в делитель вновь загружается коэффициент деления. Поэтому если вы изменили коэффициент деления, изменения вступят в силу только после очередного инкремента счетчика.

Вся пост обработка информации возлагается на центральное устройство. Периодически снимая информацию со счетчиков и занося ее в таблицы, синхронизированные по времени, можно проводить подробный анализ потребления величины, определять периоды и величины максимального и минимального объемов, анализировать расходы за определенный период, находить корреляции, между посещениями тещи и возрастанием потребления и даже обнаруживать утечки. Я уж не говорю о тривиальной передаче показаний в сбытовую организацию. В общем должен быть полезный девайс!

Вот собственно и все На этом пока устройства с программным USART я выпускать не планирую. Но если будут идеи, готов обсудить.

Вот небольшое видео с демонстрацией работы макета:

Архив материалов к статье

Содержание всех статей сайта по теме Raspberry Pi

Web Home Pi. Терморегулятор с управлением по RS485

Admin — Thu, 28 Sep 2017 15:01:54 GMT

Очередная разработка нашего постоянного участника Александра (AlexAW). На это раз - терморегулятор с управлением через интерфейс RS485 с использованием стандартного протокола Modbus RTU. Александр разработал несколько модификаций терморегулятора для различных применений в системах домашней автоматизации. Впрочем, обо всем этом он лучше сам вам все расскажет:

Терморегулятор - это одно из самых популярных средств автоматизации. По этой теме можно найти множество статей на просторах интернета. Вот и я решил внести свою лепту, тем более что моя идея в той или иной мере, не находила реализации в устройствах других разработчиков.

Задача поставлена следующая: средствами микроконтроллера малого семейства, создать устройство, измеряющее температуру и управляющее выходом (выходами) в соответствии с уставками, заданными от центрального устройства по сети RS485 протоколом Modbus RTU, передающее в центральное устройство значение текущей температуры, состояния входов и выходов.

В начале проектирования в качестве измерителя температуры, было, решено воспользовался датчиком DS18B20. Но поскольку интерфейсы связи 1-wire и приемопередатчика USART в моем проекте организованы программно, не удалось аппаратными средствами простого микроконтроллера сделать независимыми процедуры измерения температуры и приема передачи по сети. Поэтому каждую секунду, устройство «уходило в себя» для измерения температуры на время около 1 мс, и если в это время приходил запрос по сети RS485, устройство ему не отвечало. Опыт показал, что при ежесекундном опросе от центрального устройства, ошибка встречалась в 0,2%-0,5% запросов. Следовательно, в алгоритме обмена данными с этим типом устройств, следует повторять команду при отсутствии ответа - тогда устройство однозначно ее примет.

Что бы совсем избежать проблем общения с центральным устройством, я решил попробовать измерять температуру с помощью термистора и встроенного в микроконтроллер модуля АЦП. Измерения АЦП происходят в фоновом режиме на аппаратном уровне, и процедуру пересчета измеренных значений в показания температуры можно прерывать в любом месте, что позволит избежать проблем со связью. Но необходимо было решить другую проблему. Как пересчитать измеренные значения, в показания температуры учитывая, что характеристики термисторов весьма далеки от линейных, особенно в широком диапазоне температур? Самым простым способом оказался пересчет измерений АЦП в значение температуры табличным методом. Таблица в 128 значений, позволила получить приблизительно одинаковую погрешность измерения в диапазоне температур -31°С…+95°С не более одного градуса. Таблица рассчитана на основе значений зависимости сопротивления от температуры, взятой из даташита термистора NTC-MF52-103/3950 10 кОм.

Итак, в результате приложенных усилий, центральное устройство теперь может в любое время получить актуальную информацию о состоянии датчиков и температуры и выдать требуемую команду, без риска «потерять» устройство. Далее были разработаны процедуры для управления выходами в соответствии с уставками температуры с отрицательными и положительными значениями, в режиме, как нагревателя, так и охладителя. На этом можно считать, что основы заложены и работают, температура измеряется, с центральным устройством общается. Осталось свободными два вывода (порта). Как ими распорядиться?

У меня родились следующие варианты:

Первый вариант - оба выхода использовать на управление реле, тогда можно получить устройство которое будет управлять двумя устройствами (рис.1). Например, в овощехранилище на лоджии. Делаем его на базе старого, но рабочего холодильника, добавив в него нагреватель (например, кусочек пленочного теплого пола наклеиваем на заднюю стенку) Летом будет работать холодильная установка, зимой - нагреватель. Старое механическое термореле удаляем, вместо него будет работать наш регулятор.

Рис.1

Второй вариант - один порт используем для управления реле, другой на датчик протечки воды или сухой контакт (рис.2). Это может быть регулятор температуры в комнате, который управляет или «теплым полом», или вентилем батареи центрального отопления, а вторым входом следит за протечкой под ней. Особенно такое устройство будет полезно для автоматического перехода режимов отопления «день ночь» и «никого нет дома», создавая реальную экономию.

Рис.2

Еще одна разновидность терморегулятора (рис.3) для автоматического управления вентилями, переключения водопровода горячего водоснабжения с централизованного водоснабжения на местное снабжение горячей водой с водогрейного бойлера. Датчик температуры устанавливается на трубе центрального горячего водоснабжения. Если в системе центрального водоснабжения вода будет недостаточно теплой, по команде с устройства система водоснабжения переключится на водогрейный бойлер. Тем самым будет поддерживаться всегда наличие горячей воды в кране. Для случая если, по каким, то причинам автоматически выбранный режим ГВС, не устраивает пользователя, в устройстве делается вход для подключения кнопки ручного управления, которой вручную пользователь устанавливает требуемый режим. А через определенное время режим снова установится в соответствии с уставками. Опыт эксплуатации подобного устройства у меня есть, о нем подробнее можно прочесть в моем блоге. Новый алгоритм управления переключения задуман именно исходя из полученного опыта эксплуатации

Рис.3

Вот для таких устройств я и разработал версии программ «терморегулятора с центральным управлением». У каждого есть свои частности, но основа у всех одна. Ее работу я и опишу далее.>

Термистор я приобрел NTC-MF52-103/3950 с сопротивлением 10 кОм при температуре 25°С с точностью 1%. Соответственно, измерительный резистор (тот с которого снимается измеряемое АЦП напряжение) следует поставить с этой же точностью и того же номинала - тогда не потребуется установка подстроечного резистора. Если применить более дешевые термисторы с номиналом установленным с 5% точностью, то измерительный резистор стоит сделать составным, например, из резистора 9,1 кОм и подстроечного 1,2 кОм, включенных последовательно. Естественно придется провести калибровку, выставив измеренные показания терморегулятора по эталонному термометру.

Процедура измерения температуры инициируется каждые 20мс, достоверными считаются последовательные два измерения с одинаковым результатом, который через табличное преобразование пересчитывается в значение температуры. Вычисленное значение отправляется к процедуре сравнения результатов с записанными в ППЗУ (EEPROM) уставками Твкл, Твыкл. В зависимости от сравнения с уставками, а так же с настройками управления выходом, формируется команда управления реле. Возможен режим управления нагревателем или охладителем. Определяется это, установкой значений уставок Твкл, Твыкл. :

Твкл. < Твыкл. - устройство работает как нагреватель;

Твкл. > Твыкл. - устройство работает как охладитель;

Твкл. = Твыкл. - устройство работает как нагреватель с гистерезисом 1°C, т.е. Твыкл.= Твкл.+1 ;

Значения (температура) уставок могут быть как положительными так и отрицательными. Следует отметить, что отрицательные температуры уставок записываются в память устройства в прямом коде. По команде чтения температуры устройство выдает значения температуры в младшем байте в прямом коде, в старшем в дополнительном. Это сделано исходя из того что человеку проще воспринимать температуру в прямом коде, а машине в дополнительном.

Второй вход (кнопка или датчик протечки) в каждой версии имеют свой алгоритм:

В терморегуляторе для переключения ГВС, терморегулятор работает в автоматическом режиме до тех пор, пока пользователь не нажал на кнопку. По событию «нажата кнопка», меняется состояние выхода на противоположное. Ручной режим сохраняется 30 мин., считая от последнего нажатия кнопки. Кнопок можно установить несколько параллельно, например одну в ванной другую на кухне. Кнопки следует выбрать с встроенным индикатором, что бы пользователь видел режим работы переключателя.

В терморегуляторе температуры в комнате, где вход может быть использован как датчик протечки, подтягивающий резистор делается более высокого номинала, например 300-500 кОм. Тогда срабатывание протечки происходит от двух проводников опущенных кончиками в воду на расстоянии 1 см. В алгоритм заложено не только передавать состояние датчика протечки в центральное устройство, но и подавать звуковой сигнал, если это разрешено соответствующей командой управления выходами. Выход звукового сигнала «виртуальный», т.к. физически для него не осталось портов. Он формируется совмещением в одном порту двух сигналов - когда передается сигнал 1 кГц для динамика ТR1212A и в это время нужно включить реле, сигнал формируется скважностью 8/2, если реле должно быть выключено – со скважностью 2/8. Далее в цепи управления реле делается интегрирующая цепочка и…. один выход микроконтроллера сигналит о протечках и управляет реле. Также в алгоритме устройства заложено - формировать звуковой сигнал при обрыве или замыкании термистора

Нужно отметить, что приемопередатчик при интенсивном опросе по сети, сильно искажает звуковой сигнал (хотя сигнал есть и суть от этого не меняется). Для устранения этого явления, в одном из вариантов я вместо динамика поставил детектор с интегрирующей цепочкой, и подал сигнал на ключ, который подает питание на бузер типа 1212FXP. Это не просто динамик, а динамик с встроенным генератором. С центрального модуля можно отключить работу бузера и автоматику управления реле. Это нужно сделать обязательно, если вы захотите управлять реле с центрального устройства, иначе через 20 мс автоматика изменит ваши установки в соответствии с уставками.

Все проекты протестированы в Proteus, и физически на макетной плате. Печатная плата разработана только для терморегулятора переключения ГВС. Остальные будут разводиться по мере физической реализации устройств, исходя из предполагаемого места размещения.

Каждый проект собран в свой архив. В него входят:

Дизайн проект в программе Proteus.

Файл прошивки

Таблица команд протокола Modbus RTU

Файл краткого описания проекта и несколько вспомогательных файлов

И в заключение небольшое видео с демонстрацией работы макета терморегулятора с датчиком протечки:

Архив материалов к статье

Содержание всех статей сайта по теме Raspberry Pi

Web Home Pi. Новый образ SD карты

Admin — Sat, 16 Sep 2017 17:53:22 GMT

Система домашней автоматизации WebHomePi построена на базе фреймворка WebIOPi, «заточенного» под операционную систему Raspbian Wheezy. К сожалению, поддержка автором WebIOPi прекратилась еще в 2015 году и, следовательно, адаптация под новые операционные системы Raspbian не выполнялась. При установке фреймворка на последние версии Raspbian Jessie проявляются определенные проблемы, например, в плане управления портами GPIO, о чем не раз упоминалось на нашем форуме. Там же участниками предлагались некоторые пути решения этих проблем.

Я уже давно планировал перенести WebHomePi на более современную операционную систему Raspbian Jessie. Но пока собирался это сделать, в августе 2017 года вышел новый релиз Raspbian - Raspbian Stretch. Причем, как полноценный «десктопный» вариант, так и облегченная серверная версия Raspbian Stretch Lite. Именно на этой версии и было принято решение сделать обновленный образ SD-карты для WebHomePi. Сразу отмечу, что применение Raspbian Stretch Lite позволило более чем на половину уменьшить размер образа по сравнению с предыдущей версией и теперь его можно развернуть даже на SD-карте с объемом 2 Гб. Но делать это, конечно, не стоит, используйте карты объемом не менее 4 Гб. Тем более, что сейчас найти в продаже SD-карту с таким маленьким объемом практически нереально.

Немного остановлюсь на том, что необходимо сделать в плане адаптации. Во-первых, для новых версий операционных систем фреймворк WebIOPi должен устанавливаться как сервис:

cd /etc/systemd/system

https://raw.githubusercontent.com/doublebind/raspi/master/webiopi.service

Переход в операционных системах Debian на Systemd привел к тому, что теперь необходимо иначе управлять и фреймворком WebIOPi. Вот несколько основных команд:

sudo systemctl start webiopi - запуск WebIOPi

sudo systemctl enable webiopi - автозагрузка WebIOPi

sudo systemctl stop webiopi - остановка WebIOPi

sudo systemctl restart webiopi - перезагрузка WebIOPi

sudo systemctl status webiopi - статус (состояние) WebIOPi

Существует определенная проблема и при выводе изображений. Почему-то html-сервер WebIOPi упорно пытается декодировать картинку как текстовый файл, и, естественно, выдает ошибку, что кодировка не utf-8. Для решения указанной проблемы необходимо в файле

/usr/local/lib/python3.5/dist-packages/WebIOPi-0.7.1-py3.5-linux-armv7l.egg/webiopi/protocols/http.py

отредактировать строку f = codecs.open(path, encoding=encoding)

следующим образом: f = codecs.open(path, 'rb')

Рис.1

По умолчанию шина I2C в Raspberry Pi отключена и ее необходимо активировать в конфигурации девайса.

Открываем конфигурацию: sudo raspi-config

и в разделе Interfacing Option / I2C включаем шину I2C

Рис.2

Изменения затронули и создание в системе пользователя с правами root. Что бы создать пользователя с такими правами, необходимо сделать следующее:

Открыть файл: sudo nano /etc/ssh/sshd_config

Заменить PermitRootLogin prohibit-password на PermitRootLogin yes

Перезапустить SSH: sudo /etc/init.d/ssh restart

Создать пароль root: sudo rasswd root

Рис.3

Для увеличения продолжительности «жизни» SD-карты, крайне полезным будет минимизировать процессы ее чтения-записи. Например, отключив запись различных логов. Сделать это можно в файле /etc/rsyslog.conf, закомментировав следующие строки:

module (load=”imuxsock”)

module (load=”imklog”)

module (load=”immark”)

Рис.4

Еще один совет касательно управления Raspberry Pi через терминал. Режим SSH в дистрибутивах Raspbian обычно выключен и для его активации приходится сначала подключать Raspberry Pi к монитору (телевизору) через HDMI выход, подключать клавиатуру. Что бы избавится от этого процесса, достаточно в загрузочном разделе SD-карты создать пустой файл без расширения с именем ssh. Сделать это можно даже из-под Windows в любом файловом менеджере или проводнике. Благодаря файлу ssh можно сразу подключаться к Raspberry Pi через терминал.

С учетом устранения рассмотренных выше проблем и всех предыдущих обновлений, создан новый образ SD-карты программного обеспечения системы домашней автоматизации WebHomePi. Скачать его вы сможете на странице с описанием системы. Объем архива составляет 700 Мб, распакованного дистрибутива - 2 Гб. Все последующие обновления системы будут выходить под новый образ.

Web Home Pi. Управление кондиционером

Admin — Sat, 02 Sep 2017 15:04:06 GMT

Вашему вниманию предлагается разработка одного из самых активных участников проекта WebHomePi Александра (AlexAW). На этот раз речь пойдет об устройстве системы домашней автоматизации, предназначенном для эмуляции команд, и, соответственно, дистанционного управления кондиционерами и телевизорами производства компании LG, а также любыми другими, имеющими аналогичный протокол управления (NEC 28 или 32 бит).

Похожий контроллер ранее уже рассматривался на страницах сайта. Отличие данного контроллера от предыдущего варианта заключается в том, что для его интеграции в систему домашней автоматизации вместо радиоканала используется интерфейс RS485 с протоколом Modbus RTU и пользователь может самостоятельно запрограммировать нужные команды управления.

Принципиальная схема контроллера приведена на рис. 1

Рис. 1

Схема состоит из микроконтроллера PIC12F629, приемопередачика МАХ487, стабилизатора напряжения +5В 78L05 и каскада управления ИК светодиодами, выполненного на транзисторе 2N3417. Внешнее питание на контроллер подается по отдельным жилам интерфейсного кабеля. В схеме предусмотрен вход для подключения герконового датчика, что позволяет настроить в системе запрет на включение кондиционера при открытых окнах.

В контроллере реализован программный USART и программный передатчик команд управления по ИК. Как уже отмечалось, передатчик контроллера эмулирует работу протокола NEC 28 или 32 бит.

Данные для передачи ИК команд хранятся в энергонезависимой памяти микроконтроллера. На хранение каждой команды отводится по 4 ячейки памяти (для 32 передаваемых бит). По умолчению в память записаны 14 команд для управления кондиционерами и две команды для управления телевизорами. Всего можно разместить в памяти микроконтроллера до 31 команды.

Команды с 00h по 0Fh имеют длинну 28 бит и предназначены для управления кондиционером, а команды с 10h по 1Еh имеют длинну 32 бит и предназначены для управления телевизором. Команды ИК управления можно записать в память микроконтроллера не только на этапе прошивки, но и через интерфейс RS485.

Сначала последовательность бит команд управления следует считать с пульта ДУ эмулируемого устройства и затем записать в виде 4-х байт в соответствующие ячейки микроконтроллера. Для этого можно использовать любой фотоприемник, например типа TSOP1738 или ИК-фотодиод, подключенный к входу осциллографа или анализатора (рис.2).

Рис. 2

Алгоритм считывания команд следующий: читаем биты от стартовой последовательности слева направо и пишем байты в память микроконтроллера по порядку. Для 28 битных команд последний байт содержит в старшей тетраде 0. Например для 32 битной последовательности (рис.3) последовательность кодов будет выглядеть следующим образом: 85h-7Ah-07h-F8h, а для 28 битной команды (следующая диаграмма на рис.3): 85h-7Ah-07h-08h.

Рис. 3

Перечень всех команд Modbus RTU, выполняемых устройством, сведен таблицу Exel приложенной к пакету файлов проекта.

Необходимо отметить, что к сожалению не удалось аппаратными средствами используемого микроконтроллера сделать независимыми процедуры передачи ИК сигнала и приема передачи по сети Modbus RTU, поэтому после получения команды на передачу ИК команды, устройство “уходит в себя" для передачи ИК команды на время около 40 мс. И если в это время придет запрос с центрального модуля устройство ему не ответит. В сущности это не создает проблемы, т.к. для передачи ИК команд с большой частотой нет необходимости, но данный факт в любом случае необходимо учитывать.

Архив материалов к статье

Web Home Pi. Релейный модуль с управлением по RS485

Admin — Wed, 28 Jun 2017 16:45:52 GMT

Публикации по теме автоматизации дома WebHomePi вызвали определенный интерес у пользователей. Особенно приятно, что многие стремиться не только повторить то, о чем рассказывалось на страницах сайта, но и внести свой вклад в развитие системы, разрабатывая различные устройства, позволяющие расширить функционал WebHomePi.

Сегодня я хочу познакомить вас с релейным блоком, управляемым по интерфейсу RS485, разработанным участником проекта Александром (AlexAW). Далее описание устройства идет от автора этой разработки.

Представляю вашему вниманию проект релейного блока для систем домашней автоматизации. Его основное предназначение – местное и (или) дистанционное управление требуемыми нагрузками. Местное управление четырьмя выходами осуществляется с четырех гальванически изолированных от внутреннего микроконтроллера входов. Дистанционное управление происходит по сети RS485 широко распространенным протоколом обмена Modbus RTU. Соответственно этот релейный блок будет легко интегрироваться в проект WebHomePi. Особенно он будет полезен для автоматизации домашнего освещения.

Релейный блок проектировался исходя из опыта эксплуатации «умного света» в квартире собранного на устройствах управления с сетевым протоколом Х10 передаваемым по питающим сетевым проводам. Отмечу – практически все меня устраивало! Устройства автономны, при отсутствии центрального блока выполняют заложенный в них алгоритм управления, самостоятельно. А с помощью централизованной системы управления, возможно, организовать различные сценарии освещения, удаленное управление освещением, имитацию присутствия и прочие вкусности типа «включения кофеварки по утрам» Подробно можете почитать про это в моем личном блоге . Но протокол Х10 имеет два существенных недостатка:

команда с повтором передается довольно медленно, в течении одной секунды.

при наличии в сети высокочастотных или импульсных помех среда передачи становится недоступной. Устройства попросту глохнут.

Если с первым недостатком еще можно мириться, то со вторым в принципе невозможно!

Сначала я вдруг обнаружил, что у меня не всегда срабатывает выключатель в спальне, когда соседка выше этажом пылесосит свою квартиру. Эту беду я победил легко, установив специальный фильтр на вводе электросети в квартиру. Потом вдруг после включения света в кабинете перестали работать все выключатели в квартире. Причиной тому было высыхания электролитического конденсатора в сетевом выпрямителе одной из лампочек - экономок в люстре кабинета. И колебания тока внутреннего генератора преобразователя лампочки попадало в электрическую сеть. А поскольку в современном жилище большинство бытовых приборов имеют высокочастотные блоки питания, такая борьба за чистоту сети продолжается с завидной периодичностью.

Есть альтернатива устройства с беспроводным обменом или по отдельным проводам. Например, устройства KNX или HDL, но цены на них, на мой взгляд неприемлемые. Решил поискать что то подешевле На Алиэкспресс есть устройства ввода вывода, работающие по сети RS485 Modbus и даже цены приемлемые. Все хорошо, на первый взгляд. Принцип работы сети Modbus основан на том, что в сети одно головное устройство опрашивает все остальные. Получается для того что бы включить какой то выход по команде с какого то входа, это головное устройство должно спросить состояние входа и в зависимости от результата включить или выключить соответствующий выход. Крутит устройство управления домашней автоматикой опрос выключателей и датчиков, и рулит соответствующими выходами и реле. Но вдруг оно раз и остановилось? Ну мало ли сложное ведь, поломалось или просто повисло…. И все сидим без тепла и света. Клацаем выключателями и никакой реакции. Не, так не пойдет, мы уже это проходили.

Вывод устройства автоматизации в рамках выполнения своей задачи должны быть автономны. Выключатель управлять светом по заданному алгоритму, терморегулятор поддерживать температуру, регулятор уровня поддерживать уровень воды в требуемых интервалах, и т.д и т.п. И дополнительно иметь возможности получать настройки и команды управления с внешней централизованной системы. Настроил местно или удаленно, и оно само по себе работает. Поломалось центральное управление, основной функционал не нарушился. Без веб интерфейса жили и еще поживем, пока починиться. Так вернее. Само устройство тоже может выйти из строя, но это локальная неисправность типа нет света в одной комнате, а не во всей квартире ничего не работает.

Именно эта философия и была заложена в основу проектирования алгоритма работы представляемого релейного блока. В текущей версии реализовано управление четырех выходов по принципу N вход управляет N выходом. Принципиальная схема блока приведена на рис. 1

Рис. 1

Вход может работать в следующих режимах:

кнопка;

выключатель;

универсальный выключатель (работает как кнопка при кратковременном (менее 1 сек.) включении, и как выключатель, если включение было, более 1 сек.);

вход отключен от выхода.

Настройка режимов может производиться с помощью кнопки программирования.

Для смены режимов необходимо установить требуемое сочетание входов и выходов (см. таблицу) нажать и подержать кнопку программирования от 3 до 5 сек. Для удобства программирования при нажатии на кнопку программирования более 2 сек. временно все входы начинают работать как кнопки.

Имеется еще пятый вход, который работает как кнопка «выключить/включить все». Короткое «нажатие» на эту кнопку приводит к выключению всех выходов, а если нажать и подержать более 1 сек. произойдет включение всех выходов. Без этого входа можно было бы, и обойтись, т.к. функцию включить выключить все, удобно реализовывать как некий сценарий освещения в центральном блоке управления. Но мой опыт эксплуатации «умного света» в квартире показывает, что сценарий выключить все является единственным востребованным всеми моими домочадцами. Действительно удобно при выходе из дома нажать на клавишу и быть уверенным, что весь свет и переноска (в которую обычно включается «утренние бытовые приборы» утюг плойка фен) выключены. Поэтому я добавил этот вход, (благо портов хватает) что бы обеспечить самостоятельное исполнение этого сценария устройством. Если устройств несколько этот вход у них объединяется. Я в своей квартире релейные блоки размещаю в распределительных коробках и в силовом электрощите. Еще при строительстве я раскидал восьми проводную витую пару UTP-5 между электрическим щитом и распределительными коробками параллельно с электрическими проводами. Пара питание пара RS485 остальное свободно так, что есть чем соединиться.

Рис. 2

Может случиться так, что какой-то выход не должен реагировать на вход «выключить/включить все». Бывает, требуется что бы какой то выход был во включенном состоянии сразу после включения питания. Для настройки режимов реакции выходов на вход «выключить/включить все» и установки состояния выходов при включении питания, предусмотрен другой режим работы кнопки программирования. Если кнопку программирования удерживать нажатой более 10 сек., то текущие состояния выходов запишутся в долговременную память устройства как состояния при включении питания. А состояние входов запишется в настройки режимов реакции выходов на вход «выключить/включить. все». Если вход был включен, то соответствующий выход реагирует на вход «Вкл. Выкл. все», если выключен, то игнорирует. Более тонкую настройку реакции (например на вкл. реагировать на выкл. нет возможно настроить, но только по сети Modbus RTU.

Для обеспечения централизованного управления реализован контроль и за состоянием входов и выходов, управление выходами и настройка режимов работы входов релейного блока по сети RS485 протоколом Modbus RTU

Команды, которые принимает и передает блок, сведены в таблицу Exel (см. архив материалов к статье)

Запись в регистр 0х05 по функции записи 0х03, управляет настройками режима работы входов в соответствии с таблицей:

В этой версии программы микроконтроллера устройства реализована возможность установить задержку включения и (или) выключения выхода (это может быть полезным например для управления вентилятором в ванной)..Задержка может быть установлена:

от 1 сек. до 256 сек. с шагом 1 сек.,

от 10 до 2560 сек. с шагом 10 сек. с точностью до минус один шаг.

Выбор варианта задержки устанавливается установкой соответствующего бита в ячейку флагов делителя пауз. (см таблицу Exel в архиве материалов к статье)

Рис. 3

Архив материалов к статье содержит:

дизайн проект релейного блока в Proteus;

HEX файл прошивки для контроллера 16F628A;

несколько вариантов печатных плат разведенных так же в Proteus под ЛУТ вариант с односторонней печатной платой;

вариант печатной платы для размещения в корпусе на DIN рейку размером в два модуля 17.5мм;

таблицу Exel с описанием реализованных в устройстве команд Modbus RTU

В архив также включен дизайн проект с эмулятором последовательного порта для отладки взаимодействия устройства протоколом Modbus RTU – подробнее, см. здесь . Proteus позволяет подключить виртуально моделируемое устройство к реальным или так же виртуальным внешним устройствам через последовательный интерфейс и проверить весь протокол обмена. В качестве приемопередатчика Modbus команд удобно использовать ПО Modbus Poll или ему подобные – подробнее см, например, тут.

Рис. 4

Есть печатная плата для размещения устройства в корпусе на DIN рейку разработанная Aлександром. Открытый проект в среде EasyEDA опубликован вот по этой ссылке - оттуда можно заказать платы промышленного качества и там же заказать детали.

Варианты собранного модуля приведены в статье на рис. 2-4:

Процесс отладки устройства в симуляторе и процесс разработки печатной платы можно посмотреть на моем канале в YouTube:

P.S. В архив материалов к статье добавлен вариант печатной платы релейного модуля на Mosfet транзисторах. Печатная плата разработана  Vanuha_63

Join our group on Facebook. Присоединяйтесь к нашей группе в Фейсбуке

Архив материалов к статье

Web Home Pi. Подключение дисплея

Admin — Tue, 09 May 2017 14:31:36 GMT

Первоначально планов написания этой статьи не было, просто предполагалось выложить очередное обновление WebHomePi. Однако во избежание некоторых трудностей, которые могут возникнуть у пользователей при подключении символьного дисплея, было решено написать краткий обзор по данной теме. Особенно это будет полезно тем, кто планирует подключить дисплей к кросс-плате первой версии или непосредственно к Raspberry Pi. Что касается второй версии кросс-платы, то в ней уже все предусмотрено для подключения такого дисплея – выполнено согласование уровней 3.3В и 5В на шине I2C, а так же установлен разъем Р12 для подключения трех кнопок с нормально-разомкнутыми контактами для управления выходными реле и навигации по меню дисплея.

Начнем с аппаратной части - дисплея 1602 с шиной I2C. В принципе, это стандартный индикатор на чипе HD44780 с параллельным (4-х или 8-ми битным вводом информации), в который добавлен преобразователь параллельного интерфейса в шину I2C на микросхеме PCF8574, что позволяет сократить количество управляющих дисплеем выходов контроллера минимум с шести всего до двух. Ранее на нашем сайте публиковались статьи об устройствах на дисплеях с таким управлением, например 6-ти канальный контроллер температуры и влажности, подключаемый к WebHomePi по интерфейсу RS485. Отличие заключается только в применяемом типе дисплея – там использовался 4-х строчный дисплей на 20 символов в каждой строке. Кстати, вместо 1602 в нашем случае вполне возможно применить и дисплеи 1604 или 2004, имеющие «на борту» шину I2C, немного подкорректировав соответствующий скрипт.

Внешний вид дисплея 1602 с преобразователем параллельного интерфейса в I2C, показан на рис.1

Рис. 1

Дисплей 1602 рассчитан для работы с напряжением 5В, соответственно, такие же уровни будет иметь и его шина I2C. Несмотря на то, что порты Raspberry Pi «толерантны» к такому напряжению и все будет работать, но лучше не рисковать и дополнить кросс-плату первой версии преобразователем уровней аналогичным тому, который применен во второй версии кросс-платы и выполнен на элементах Q9, Q10, R4, R5, R36, R37.

Для подключения кнопок управления и навигации в первой версии кросс-платы задействован разъем, который находится под Raspberry Pi. Фрагмент кросс-платы с разъемом, а так же схема подключения кнопок показаны рис. 2

Рис. 2

Подтягивающие резисторы R1…R3, подключаемые к входам кнопок можно не устанавливать, т.к. в скрипте включаются внутренние подтягивающие резисторы в GPIO Raspberry Pi. Однако, на случай программного сбоя, внешние резисторы желательно установить, лишними не будут. Кнопки управления и навигации имеют следующие обозначения: S1 – «Step», S2 – «Cycle», S3 – «Enter» (рис.3).

Рис. 3

Разобравшись с аппаратной частью, обновляем программное обеспечение и выполняем рестарт системы. Обращаю внимание, что во время загрузки Raspberry Pi, никакая информация, кроме засвеченных знакомест (черных квадратов) в верхней строке, на дисплее не отображается. Если нет отображения даже этих квадратов, добейтесь их появления вращением подстроечного резистора на плате преобразователя интерфейса I2C дисплея. Этим же резистором затем устанавливается требуемый уровень контрастности изображения.

После загрузки системы на три секунды появляется тестовая заставка (рис. 4, a), после чего на дисплей выводится информация о текущем времени и дате (рис. 4, b), При нажатии и удержании кнопки «Cycle» на дисплей последовательно выводиться информация о температуре и загрузке процессора Raspberry Pi (рис. 4, c), показаниях всех датчиков, подключенных к системе (рис. 4, d, g, h, i). Если датчик физически не подключен, но активирован в конфигурации, то выводится сообщение, что такого датчика не существует (рис. 4, j, k). Кроме прочего, такая информация позволит идентифицировать датчик в случае его выхода из строя. Зарезервированные датчики (в случае их активации в меню) также отображаются соответствующим образом (рис. 4, l).

Рис. 4

Отдельно остановимся на контроле входов и управлении релейными выходами. Выбираем кнопкой «Cycle» режим отображения состояния входов и выходов – он выводится после показаний датчика ВМР085 (рис. 4, e). Здесь единицы соответствуют замкнутому входу и включенному реле, а нули – разомкнутому входу и отключенному реле. Для перехода в режим управления необходимо нажать кнопку «Step» на время не менее 1 секунды, после чего на дисплее отображаются только состояние выходов с мигающим курсором на первой позиции (рис. 4, f). С помощью кнопки «Step» выбираем нужный выход (при этом происходит перемещение курсора), а кнопкой «Enter» изменяем состояние выхода на инверсное. Если нажать и удерживать кнопку «Enter», то выбранный выход будет последовательно менять свое состояние (включен/отключен) каждую секунду. Для выхода из режима управления нажимаем кнопку «Cycle».

Подсветка дисплея при включении устройства по умолчанию включена. Для ее отключения (или последующего затем включения) необходимо одновременно нажать и удерживать не менее 1 секунды кнопки «Enter» и «Step». Для работы подсветки должен быть установлен джампер (перемычка, см. рис.1) на преобразователе I2C.

В случае, если после подключения и обновления ПО дисплей не запускается, необходимо проверить, «виден» ли он в системе. Для этого введите в терминальной программе Putty команду:

sudo i2cdetect -y 1

В выведенной после выполнения команды на экран таблице дисплей имеет адрес 0x27 (рис.5) :

Рис. 5

Если адрес 0x27 в таблице присутствует, значит с аппаратной частью все в порядке. Однако вполне вероятна ситуация, что ваш дисплей будет иметь другой адрес. В этом случае необходимо заменить его в скрипте script_lcd.py на отображаемый в таблице.

Образ SD-карты (4 Гб)

Исходные файлы (программное обеспечение) Web Home Pi

Все статьи по теме домашней автоматизации

WebHomePi Вконтакте

Домашняя автоматизация на Raspberry Pi. Программное обеспечение

Admin — Mon, 20 Feb 2017 06:53:13 GMT

Перед тем как начать рассматривать установку программного обеспечения для системы домашней автоматизации, несколько слов об аппаратной части проекта. Разработка аппаратного обеспечения (кросс-платы) для системы домашней автоматизации была вызвана стремлением упорядочить разрозненные элементы централизованного сегмента в единое целое и в тоже время сделать его и отдельным устройством, и «ядром» всей системы. Кроме того, это связано и с идеологией построения самой системы – для небольших объектов вполне может быть достаточно только централизованного сегмента, а для больших объектов система дополнительно «усиливается» распределенным сегментом – т.е. сетью удаленных контроллеров, подключаемых по шине RS485 или по радиоканалу.

Размещенные на сайте ранее материалы позволяют в полной степени «вдохнуть жизнь» в кросс-плату, но для полной реализации её возможностей разработана специализированная программная сборка. Наряду с наработками, о которых уже рассказывалось, так же предусматривается возможность создания пользователем несложных сценариев через интерфейс конфигурирования системы – т.е. без вмешательства во внутренние программные коды исполняемых скриптов и алгоритмов.

На текущий момент на базе кросс-платы реализованы и поддерживаются следующие функции:

управление 8 релейными выходами;

контроль 8 дискретных входов;

шина 1-wire для подключения DS18B20;

шина I2C для подключения DS1307, BMP085; TSL2561, SHT21, MPL115A2, MMA7660

два входа для подключения датчиков температуры и влажности DHT22;

возможность реализации на реле №1 и №2 двух независимых термостатов по командам датчиков температуры (с точностью до десятых долей градуса как в области положительных, так и отрицательных температур);

возможность реализации на реле №3 и №4 двух независимых суточных таймеров (шаг установки – 1 минута);

возможность реализации на реле №5 измерителя освещенности (люксметра);

возможность реализации на реле №7 и №8 двух независимых каналов управления по изменению состояния входов №7 и №8;

отправку сообщений на е-mail при замыкании/размыкании любого из дискретных входов;

построение графиков изменений во времени параметров, получаемых от датчиков;

ведение журналов (ретроспективы) событий на входах и выходах по времени и с «конкретизацией» причин событий, а так же возможность удаленного просмотра и очистки журналов;

самостоятельное конфигурирование пользователем системы через web-интерфейс (создание описанных выше сценариев) непосредственно в процессе работы без перезагрузки сервера.

В принципе, для небольшого объема автоматизации указанных функций вполне достаточно. Однако, возможности системы можно значительно расширить с помощью контроллеров, подключаемых по шине RS485 (это так называемый распределенный сегмент системы). Используя эти контроллеры можно организовать дополнительный сбор показаний температуры и влажности с датчиков DHT11 и DHT22, беспроводное управление кондиционером и освещением, состояние беспроводных датчиков, управление дополнительными нагрузками и контроль дополнительных дискретных входов. Всю необходимую информацию для самостоятельной сборки данных контроллеров, а так же их описание, вы можете найти здесь.

Как можно заметить, по сравнению с предыдущей версией, на текущий момент система домашней автоматизации получила много дополнительных функций. Например, возможность организации охранной и аварийно-предупредительной сигнализации с оповещением на e-mail (соответственно, после получения e-mail можно настроить сообщение об этом на SMS – многие сотовые операторы поддерживают такую функцию). Термостаты, таймеры и люксметр позволят реализовать сценарии управления нагрузками по температуре, по установленному времени и по освещенности.

Далее рассмотрим web-интерфейс. Отмечу, что все web-страницы самомасштабируемые - т.е. автоматически подстраиваются под размер окна браузера. На главной странице предусмотрены три дополнительные вкладки - «Метеостанция», «Радиоуправление» и «Выходы и входы GPIO» с кнопками их развертывания и свертывания. Это позволяет оперативно переключаться между вкладками и в тоже время не загромождать страницу лишней информацией. По умолчанию при открытии web-интерфейса все вкладки свернуты. Периодически изменяющие цвет полоски (красный/зеленый) показывают, что идет обмен данными по шине RS485 Raspberry Pi с метеостанцией и радиомодулем. (рис.1)

Рис.1

На первой вкладке «Метеостанция» выводится информация собственно с самой метеостанции (1 датчик DHT22 и 5 датчиков DHT11), температура и загрузка процессора Raspberry Pi, атмосферное давление (датчик BMP085), показания с двух дополнительных датчиков DHT22, а так же показания с датчика освещенности TSL2561 (рис.2)

Рис.2

На второй вкладке «Радиоуправление» отображается интерфейс управления освещением (4 канала), управления кондиционером (режим охлаждения и режим обогрева в диапазоне +20… +24 °С), состояние радиодатчиков тревоги с кнопкой сброса сигнала тревоги, а так же состояние радиодатчиков положения окон и дверей (рис.3)

Рис.3

Третья вкладка «Выходы и входы GPIO» отображает мнемосхему выходов (реле) и входов GPIO. Кнопки управления выходами являются одновременно и элементами сигнализации состояния выходов – включенное состояние реле отображается красным цветом, отключенное – зеленым.

Кроме того, на этой вкладке указывается информация о «привязке» релейных выходов и дискретных входов к выбранным сценариям – работе по таймеру, термостату или люксметру с указанием диапазонов времени, температуры и освещенности, отправку e-mail при замыкании/размыкании входа и т.д. Если рядом с входом или выходом такая информация отсутствует, это говорит о том, что управление и контроль могут выполняться пользователем только через web-интерфейс. Данные температуры для работы термостатов берутся с двух дополнительных датчиков DS18B20, люксметра – с датчика TSL2561, текущее время – с часов DS1307 (рис.4)

Рис.4

Так же на этой вкладке размещены две кнопки для просмотра журналов событий (ретроспективы) по выходам и входам GPIO. В журналах отображается время изменения состояния того или иного входа/выхода и причина, по которой данное событие произошло. Например, если реле сработало от команды термостата, то в журнале выходов будет указано, при какой точно температуре произошло это срабатывание. Аналогично при срабатывании реле от таймера, люксметра или изменения состояния входа будет зафиксирована причина. Если причина в журнале не указана, значит, управление реле было инициировано пользователем через web-интерфейс (рис.5):

Рис.5

Четырехканальные контроллеры вынесены на отдельную страницу «Контроллеры», так как таких контроллеров может быть несколько штук. Посредством таких контроллеров через RS485 можно управлять четырьмя релейными выходами, контролировать состояние четырех дискретных входов и получать данные температуры и влажности от датчика DHT22 (рис.6):

Рис.6

На странице «Графики» отображаются графики изменения во времени показаний различных датчиков (рис.7). С принципами формирования и визуализации графиков можно в этой статье – Построение графиков.

Рис.6

Страница «Конфигурация» предназначена для настройки системы – на ней пользователь может самостоятельно «привязать» к определенным реле термостаты, таймеры, установить температуру и время включения и отключения реле, настроить отправку сообщений на e-mail, очистить журналы событий по входам и выходам. Что бы корректно ввести данные на странице «Конфигурация», необходимо предварительно прочитать конфигурационный файл кнопкой «Считать» внести необходимые изменения и только затем записать данные в файл кнопкой «Записать».

Рис.8

Установка и настройка ПО для системы домашней автоматизации (из образа):

1. Отформатировать SD карту (емкостью не менее 4 Гб) в программе SDFormatter. При форматировании в разделе «Option»указать тип формата «Quick» и формат сборки «On».

2. На отформатированную карту с помощью программы imageUSB установить образ системы домашней автоматизации.

3. С помощью программы IPScan определить IP адрес Raspberry Pi в локальной сети (например, 192.168.1.11)

4. Выполнить вход на Raspberry Pi по адресу: ваш IP:8000 (логин – webiopi, пароль - raspberry). Логин и пароль затем можно будет изменить.

5. В данном интерфейсе уже есть возможность управления 8-мю выходами и контроль 8-ми входов, реализованных непосредственно на портах GPIO Raspberry Pi. Для реализации остальных функций необходимо подключить дополнительные датчики и устройства (см. п.6…п.8)

6. Подключить к Raspberry Pi датчики DS18B20, BMP085, TSL2561, DHT22.

7. Запустить программу Putty и настроить доступ к Raspberry Pi – ваш IP, порт – 22, имя пользователя – pi, пароль – raspberry. Открыть файл конфигурации webIOPi:

sudo nano /etc/webiopi/config

Раскомментировать в разделе «Scripts» скриты script_gpio.py и script_sensor.py, а в разделе «Devices» устройства tmp0, tmp1, bmp, light0. Обратите внимание, что для датчиков tmp (DS18B20) необходимо указать их серийные номера.

8. Подключить в порт USB Raspberry Pi адаптер USB/RS485, а к нему, в свою очередь контроллеры, работающие по шине RS485 (метеостанция, радиомодуль)

9. Открыть файл конфигурации webIOPi:

sudo nano /etc/webiopi/config

Раскомментировать в разделе «Scripts» скрипт script_modbus.py, а в разделе «Devices» устройство serial0

10. Выполнить настройку отправки e-mail при срабатывании входов. Для этого с помощью программы WinSCP открыть в текстовом редакторе скрипт script_gpio и изменить его в разделе «Макросы e-mail»следующим образом:

значение mail_from – адрес, с которого будут отправляться сообщения

значение mail_to – адрес, на который будут приходить сообщения

значение mail_text – текст отправляемого письма

значение mail_subj – тема отправляемого письма

значение attach_file – путь к прикрепляемому к письму файлу (при необходимости)

значение smtp_server – адрес smtp сервера

значение smtp_port – порт smtp сервера

значение smtp_user – smtp отправителя (адрес)

значение smtp_pwd   – пароль отправителя

Более подробно о настройке скрипта отправки e-mail и формировании SMS оповещений можно почитать здесь.

11. Выполнить перезагрузку WebIOPi командой:

sudo /etc/init.d/webiopi restart

12. В пункте меню «Конфигурация» web-интерфейса выполнить требуемые для пользователя установки, очистить журналы событий, очистить данные графиков. Система домашней автоматизации готова к работе.

В связи с тем, что периодически устраняются различные недостатки, выявленные в процессе работы системы домашней автоматизации, программное обеспечение постоянно совершенствуется. Это касается в первую очередь прошивок контроллеров и скриптов Python. Поэтому, после скачивания образа SD карты перед его настройкой, настоятельно рекомендуется заменить скрипты в папке:

home/pi/myproject/python

на прилагаемые скрипты из архива. Информация в архиве периодически обновляется (в настоящее время ).

В этом же архиве можно найти папку html, в которой web-интерфейс в отличие от описанного выше в этой статье, реализован в виде отдельных страниц. Кроме того, на главную страницу добавлены показания датчиков вне зависимости от того, используются они «в связке» с портами GPIO или нет (рис. 9). Поэтому, выбирать вид интерфейса («раскрывающийся» или в виде отдельных страниц) каждый пользователь может на своё усмотрение.

Рис.9

ВНИМАНИЕ! В связи с разработкой новой версии системы домашней автоматизации WebHomePi, техническая поддержка рассмотренной здесь версии в настоящее время не осуществляется. Вместе с тем вы можете обновить данную версию до WebHomePi просто выполнив замену определенных файлов. Все подробности, как выполнить обновление, читайте в описании WebHomePi.

Содержание всех статей по Raspberry Pi

Образ SD карты

Исходные файлы (папки HTML и Python)

Прошивки микроконтроллеров с RS485

Домашняя автоматизация на Raspberry Pi. Кросс-плата v 1.0

Admin — Fri, 20 Jan 2017 11:06:26 GMT

Рассматриваемая нами система домашней автоматизации, как вы помните из предыдущих публикаций, состоит из двух основных сегментов – централизованного и распределенного. Распределенный сегмент – это контроллеры, разнесенные территориально и подключаемые к Raspberry Pi через интерфейс RS485. Централизованный сегмент – это релейные модули, модули дискретных входов, часы реального времени, различные датчики температуры, давления и т.д, подключаемые непосредственно к портам GPIO Raspberry Pi.

Так как компоненты централизованного сегмента системы автоматизации сгруппированы фактически в одном месте, то для них была разработана объединительная плата (кросс-плата), что позволило выполнить все «межблочные» соединения этого сегмента на уровне печатных проводников. Часть компонентов размещается непосредственно на кросс-плате, а другая часть в виде отдельных модулей подключается через разъемные соединения.

Принципиальная схема кросс-платы приведена на рис. 1 (все картинки по клику открываются в отдельном окне)

Рис.1

В состав кросс-платы входят:

Разъем 2х20 для подключения портов GPIO Raspberry B+ (или Pi 2);

Блок питания 5В/2А на импульсном стабилизаторе LM2576 для питания Raspberry Pi и некоторых датчиков. Наличие выходного напряжения 5В индицируется светодиодом VD4;

Выход для подключения в буферном режиме резервного аккумулятора;

8 гальванически развязанных дискретных входов, выполненных на оптронах PC817;

8 релейных выходов, реализованных на двух четырехканальных релейных модулях. Конструкция платы позволяет использовать как модули с питанием реле 5В, так и модули с питанием 12В. Выбор напряжения питания производится с помощью перемычек JM1-JM2 и JM3-JM4;

Датчик атмосферного давления и температуры BMP085 (BMP180), работающий по шине I2C;

Часы реального времени, выполненные на микросхеме DS1307, работающие по шине I2C;

Клеммный разъем для подключения шины 1-wire;

Клеммный разъем для подключения шины I2C.

Кроме того, на плате предусмотрены штыревые разъемы для подключения дополнительных устройств через UART и SPI.

Внимание! В настоящее время перечень датчиков, которые можно подключить к кросс-плате значительно расширен. Подробности смотрите здесь.

Raspberry Pi, релейные модули, датчик давления и температуры BMP180 подключаются к кросс-плате через разъемные соединения. Для надежности и придания зафиксированного состояния, устанавливаемые на плату компоненты и модули крепятся к ней через небольшие монтажные стойки с резьбой М2,5 (рис.2).

Рис.2

С помощью таких же монтажных стоек, кросс-плата крепиться к стандартной 35-мм DIN-рейке для установки в монтажный шкаф (рис.3).

Рис.3

Для питания кросс-платы применен готовый импульсный блок питания DR-60-12. Он обеспечивает выходное напряжение 12В (с возможностью регулировки +/- 10%) при токе 4,5А. Резервный аккумулятор 12В/3,3А подключается к выходу блока питания через диод VD5 и работает в буферном режиме.

Питание 5В подается на Raspberry Pi через штатный разъем microUSB. Подключать питание через пины 2 и 4 GPIO настоятельно не рекомендуется, т.к. в этом случае напряжение 5В поступает в обход элементов защиты входа питания, что может в случае нештатной ситуации привести к выходу Raspberry Pi из строя.

Дискретные входы рассчитаны на входное напряжение 12В от отдельного источника питания. В случае необходимости применить более высокое напряжение, требуется подобрать номиналы резисторов R1…R8 в цепях светодиодов оптронов. Как альтернативный вариант, с помощью перемычек JM5-JM6 для входов можно использовать напряжение 12В питания самой кросс-платы.

На рис.4 приведен вид установки кросс-платы с блоком питания и аккумулятором резервного питания в электромонтажный шкаф Legrand 01722 типоразмера 2х12 модуля. Аккумулятор установлен на закрепленных на задней стенке шкафа двух Г-образных перфорированных уголках.

Рис.4

В приложении к статье можно найти два варианта печатной платы. Второй вариант отличается наличием дополнительных светодиодов с токоограничительными резисторами для индикации состояния дискретных входов. Дополнительные светодиоды с резисторами подключаются параллельно входам INPUT 1…INPUT 8.

Кросс-плата, установленная в монтажном шкафу с блоком питания и аккумуляторной батареей, в определенной степени может считаться законченным устройством с возможностью его наращивания и масштабирования через шины RS485 (при применении адаптеров USB/RS485 или UART/RS485 ), 1-wire, I2C и SPI.

Что касается программного обеспечения, то оно рассматривалось в цикле предыдущих статей по Raspberry Pi. Разумеется, не конкретно под эту схему, а в виде отдельных программных и аппаратных модулей. Поэтому, сейчас разрабатывается программная сборка (уже разработана - см. здесь), которая позволит в полной мере охватить и реализовать весь имеющийся потенциал кросс-платы. Но никто не запрещает пользователям самостоятельно реализовать на основе данной платы свои поставленные цели и задачи в плане практической реализации системы домашней автоматизации – все необходимые для этого информационные материалы можно найти на нашем сайте.

P.S. В процессе модернизации кросс-платы были задействованы свободные ранее пины GPIO 17 и 27 для подключения двух датчиков температуры и влажности DHT22. Обратите внимание, что фреймворк WebIOPi не поддерживает работу с указанными датчиками, но их поддержку на Raspberry Pi можно реализовать с помощью сторонних библиотек, в частности Adafruit_DHT.

Принципиальная схема, варианты печатных плат

Программное обеспечение

Домашняя автоматизация на Raspberry Pi

Admin — Tue, 10 Jan 2017 19:45:36 GMT

В результате проделанной работы по созданию системы домашней автоматизации с применением Raspberry Pi сложилась ее определенная структура с возможностью дальнейшего наращивания и конфигурирования. Обращаю ваше внимание - здесь не предлагается некая завершенная система, которую нужно пытаться реализовать «один в один». Наша система домашней автоматизации с применением Raspberry Pi – это своеобразный «конструктор», используя который с помощью отдельных «кубиков» вы сможете построить требуемую вам конфигурацию.

Итак, начнем со структурной схемы системы, показанной на рис.1:

Рис.1

Система домашней автоматизации с применением в качестве центрального сервера Raspberry Pi строится по централизованно-распределенному принципу, в котором соответственно можно выделить два основных сегмента системы – централизованный и распределенный.

Централизованный сегмент системы – это различные датчики, контроллеры, исполнительные устройства, подключаемые непосредственно к портам GPIO Raspberry Pi по шинам 1-wire, I2C, SPI.

Распределенный сегмент – это сеть территориально распределенных контроллеров, подключаемых к серверу по последовательному интерфейсу RS485. Длина шины RS485 может составлять 1200 метров и выполняется «витой парой». Если для шины RS485 применяется стандартный сетевой кабель типа UTP-5e, то оставшиеся свободные пары можно использовать для подвода питания +12В к контроллерам.

В распределенном сегменте необходимо выделить отдельный «подсегмент», который представляет собой радиомодуль, управляющий радиоконтроллерами и принимающий информацию от радиодатчиков и радиопультов. В принципе, его можно было бы отнести и к централизованному сегменту. Но учитывая то, что он взаимодействует с Raspberry Pi через интерфейс RS485 и таких контроллеров на шине может быть несколько (для охвата большой зоны установленных в разных частях дома), более уместно будет считать радиомодули все же составляющими элементами распределенной части системы.

В зависимости от поставленных целей и задач, вы можете использовать только необходимые вам сегменты системы и их составляющие. Например, при автоматизации квартиры или небольшого дома возможно использование только централизованного сегмента. При таком построении все силовые и слаботочные коммуникации сводятся в один коммутационный шкаф, в котором установлен Raspberry Pi. А вот при автоматизации больших объемов имеет смысл использовать распределенный сегмент. В таком случае в каждом отдельном помещении устанавливается контроллер, на который подключаются датчики и исполнительные устройства данного помещения. Контроллер в свою очередь соединяется с центральным сервером Raspberry Pi через интерфейс RS485. Применение контроллеров позволяет сократить количество и длину силовых и слаботочных коммуникаций, т.к. они будут сгруппированы только в пределах одного помещения, а не протянуты по всему дому. Кроме того, в случае выхода из строя сервера, сохраняется локальное (местное) управление и мониторинг.

Перейдем к более детальному рассмотрению структурной схемы домашней автоматизации. К централизованному сегменту системы относятся:

- шина 1-wire с подключенными к ней датчиками DS18B20;

- шина I2C с подключенными к ней датчиком давления и температуры ВМР085 и часами реального времени DS1307;

- выходы GPIO, предназначенные для управления релейным модулем;

- входы GPIO для контроля состояния дискретных датчиков.

К распределенному сегменту системы относятся:

- контроллер, имеющий четыре релейных выхода, четыре дискретных входа и один вход для подключения датчика температуры и влажности DHT22;

- контроллер температуры и влажности (метеостанция), имеющий один вход для датчика DHT22 и пять входов для датчиков DHT11;

- контроллер с двумя релейными выходами (применено готовое изделие);

- радиомодуль, принимающий сигналы от пультов, датчиков движения, протечки воды, пожара и т.д.и взаимодействующий с радиоконтроллерами (например, радиоконтроллер управления кондиционером или управления освещением).

В отличие от пилотной версии системы домашней автоматизации, все контроллеры с интерфейсом RS485 вместо нестандартного «ASCII-подобного» протокола сейчас работают по стандартному протоколу Modbus RTU.

Для обеспечения взаимодействия оператора с системой домашней автоматизации не требуется установки никакого дополнительного программного обеспечения на компьютер, планшет или смартфон – доступ к системе осуществляется через web-браузер с любого устройства. С целью обеспечения безопасности доступ авторизированный – т.е. через ввод логина и пароля пользователя.

Интерфейс пользователя – это отдельные web-страницы, которые хранятся на сервере. Причем, абсолютно не нужно придерживаться принципа «одна страница – одно устройство». На одной web-странице могут находиться элементы как разных устройств, так и разных сегментов. Например, на рис.2 показана интеграция в web-интерфейс контроллера температуры и влажности «Метеостанция», относящегося к распределенному сегменту, показаний датчика давления и температуры ВМР085, а так же датчиков температуры DS18B20, которые в свою очередь относится к централизованному сегменту системы:

Рис.2

Аналогично на рис.3 показан web-интерфейс «Управление» радиомодуля, в который интегрировано управление контроллером с двумя релейными выходами. Оба устройства относятся к распределенному сегменту системы:

Рис.3

Web-интерфейс «Контроллер» является примером «индивидуального» интерфейса и предназначен только для управления контролером, имеющем четыре релейных выхода, четыре дискретных входа и один вход для подключения датчика температуры и влажности DHT22 (рис.4):

Рис.4

При желании, можно вывести все элементы управления и мониторинга от различных устройств и сегментов даже на одну web-страницу, что бы в процессе работы не переключать страницы в меню. Но это будет рациональным только при небольшом количестве таких элементов. Если устройств много, то просмотр «единой» страницы будет не очень удобным, особенно на мобильных устройствах.

Рассмотренные выше web-страницы представлены в так называемом "табличном" виде - все параметры и элементы управления сведены в обычную таблицу. Если кого-то не устраивает подобный "аскетичный" интерфейс, то такую страницу довольно легко можно сделать более наглядной и понятной для восприятия. В качестве примера на рис.5 приведен интерфейс метеостанции, где данные температуры/влажности указываются непосредственно на реальном плане контролируемого объекта. Впрочем, оформление интерфейса – это дело вкуса, каждый может выбрать или придумать свои варианты.

Рис.5

Отдельно рассмотрим пункт меню «Графики», в котором выводятся изменения во времени показаний от различных датчиков – давления, температуры, влажности. Здесь так же есть довольно широкие возможности по интеграции в одну страницу нескольких графиков. Но в данном случае нужно подходить к вопросу более продуманно. Неправильно совмещать в одной системе координат графики, например, атмосферного давления и температуры. Иначе, один график будет лежать в области значений 700…760 мм.рт.ст., а другой: -20°С…+30°С. И хотя графики довольно удобно масштабируются, тем не менее при группировке нескольких графиков в одну систему координат, желательно использовать параметры, имеющие абсолютные величины одного порядка.

Для примера на рис. 6 показан «индивидуальный» график температуры на улице:

Рис.6

А на рис.7 приведен пример графиков температуры с пяти датчиков DHT11 в доме:

Рис.7

Теперь что касается установки на Raspberry Pi необходимого программного обеспечения для работы системы домашней автоматизации (операционная система, программные пакеты, настройка конфигурационных файлов). Процедуры установки программного обеспечения подробно описывались в цикле наших предыдущих публикаций по Raspberry Pi и вы можете самостоятельно пройти весь этот путь с начала установки операционной системы Raspbian. Однако, наиболее оптимальным решением является установка программного обеспечения из образа. Размер образа сформирован под SD карту 4 Гб, но, конечно, подойдут карты и большего объема.Для «быстрого старта» необходимо развернуть скачанный образ на SD карте и заменить папки html и script на последние версии.

Внимание! О всех последних доработках системы домашней автоматизации, а так же об установке программного обеспечения читайте здесь

Raspberry Pi. Дополнительные датчики на шине I2C

Admin — Tue, 03 Jan 2017 17:49:28 GMT

Фреймворк WebIOPi, на котором построена наша система домашней автоматизации, поддерживает более 30 различных датчиков. К сожалению, поддержка некоторых популярных датчиков в нем отсутствует. Поэтому, давайте поговорим, как выполнить подключение к шине I2C датчиков, не поддерживаемых встроенными драйверами WebIOPi.

В системе домашней автоматизации применяются датчики DHT22, для работы которых используется сторонняя библиотека Adafruit_DHT. Так же с помощью библиотеки Minimal Modbus организована поддержка протокола Modbus RTU для последовательного интерфейса RS485.

Аналогично посредством библиотеки SMBus можно реализовать поддержку различных датчиков, работающих по шине I2C. В качестве примера рассмотрим подключение к шине I2C датчика давления и температуры MPL115A2, датчика температуры и влажности SHT21 и акселерометра MMA7660. Выбор указанных датчиков был обусловлен тем, что они имелись у меня в наличии и на их основе ранее были созданы некоторые девайсы, о которых рассказывалось на страницах нашего сайта.

Датчик MPL115A2 (рис.1) предназначен для измерения атмосферного давления и температуры. Обращаю ваше внимание, что в этом датчике измерение температуры носит вспомогательный характер и служит для точности измерения давления. Температура является не калиброванным параметром и производитель рекомендует использовать этот датчик только для контроля атмосферного давления. Я же со своей стороны отмечу, что точность измерения температуры довольно приемлемая и вполне подойдет для применения в бытовых условиях.

Рис. 1

Датчик MPL115A2 имеет довольно сложный алгоритм вычисления. Расчет компенсированного абсолютного давления производится с использованием полинома второй степени, в котором переменными являются измеренные значения давления и температуры. Остальные значения коэффициенты (их всего шесть) являются постоянными значениями и заносятся в датчик при его калибровке на заводе. Если вы захотите более подробно ознакомиться с алгоритмом вычислений, читайте статью Датчик давления MPL115A2. Здесь же только отмечу, что для корректной работы датчика обязательно наличие между выводом 2 и общим проводом конденсатора на 1 мкФ, а так же двух подтягивающих резисторов 10 кОм с выводов 4 и 5 на плюс питания 3,3 В.

Следующий датчик SHT21 (рис.2) является довольно точным измерителем температуры (от -40 до +125 градусов) и влажности (от 0 до 100%). Погрешность измерений датчика не превышает 2%.

Рис. 2

Датчик SHT21 обладает миниатюрными размерами 3х3 мм, выпускается в корпусе QFN и в зависимости от модификации, может иметь различный формат представления выходных данных – шина I2C, ШИМ, и аналоговый выход (SDM). Более подробную информацию о характеристиках SHT21 смотрите в статье Датчик температуры и влажности SHT21. Два в одном.

Акселерометр MMA7660 (рис.3) – это датчик, предназначенный для определения г движения объекта и измерение углов поворота или ориентации – т.е. положения в пространстве относительно трехмерной системы координат (X, Y, Z)

Рис. 3

Возможно, использование акселерометров в домашней автоматизации не так актуально, однако и им вполне можно найти применение. Например, в качестве датчика положения окон, жалюзи, заслонок вентиляции и т.д., в которых применение контактных датчиков не всегда есть возможность реализовать. Так же о некоторых вариантах использования акселерометров можно почитать в материалах Датчик наклона и Контроль наклона бура в СГБ.

Все рассмотренные выше датчики подключаются на шину I2C. На всякий случай напомню, что на этой шине в системе домашней автоматизации у нас уже используются часы реального времени DS1307, датчик давления и температуры BMP085 и датчик освещенности (люксметр) TSL2561.

Для работы с новыми датчиками сначала необходимо установить библиотеку SMBus:

sudo apt-get update

sudo apt-get install python3-smbus

sudo reboot

Снятие, вычисление и преобразование показаний с датчиков выполняется с помощью макросов, написанных на Python. Это соответственно макросы getMPL115, getSHT21, getMMA7660, которые можно найти в архиве (ссылка на архив в конце данной статьи). Для вызова определенных макросов и возврата полученных с датчиков данных на html страницу используются стандартные процедуры WebIOPi. В качестве примера ниже приводится процедура вызова макроса для акселерометра getMMA7660 (рис.4):

Рис. 4

Аналогичным образом можно получить данные и с остальных датчиков. Пример реализации страницы web-интерфейса с показаниями всех датчиков показан на рис.5

Рис.5

Макросы Python для датчиков MPL115A2, SHT21, MAA7660

Содержание всех статей по Raspberry Pi

Управление светодиодной RGB лампой

Admin — Sat, 19 Nov 2016 19:14:22 GMT

RGB лампа – это светодиодная лампа, которая позволяет создавать практически любые световые оттенки за счет смешения в разных пропорциях основных трех цветов – красного (Red), зеленого (Green), и синего (Blue). Для получения белого свечения все три основных цвета должны смешиваться в равных пропорциях.

Конструктивно RGB лампа выполнена в виде обычной электрической лампочки с цоколем под стандартный патрон Е14 или Е27 с питанием от переменного напряжения 230 В. Переключение режимов выполняется с помощью пульта дистанционного управления. Пультом можно включить или выключить лампу, выбрать по 5 оттенков красного, зеленого и синего цветов, белый цвет, отрегулировать яркость и включить любой из четырех динамических режимов – Flash, Strobe, Fade, Smooth (рис.1).

Рис.1

Ниже приводится краткое описание, как интегрировать RGB лампу в рассматриваемую ранее систему домашней автоматизации. В принципе, ничего сложного в этом нет, достаточно считать излучаемые пультом коды и затем воспроизводить (эмулировать) их с помощью эмулятора пульта. В одной из предыдущих публикаций рассказывалось, как таким же способом можно организовать управление кондиционером.

Вся цепочка управления построена следующим образом – при клике по кнопке в web-интерфейсе радиомодуль формирует одну из 24 команд, которая принимается эмулятором пульта дистанционного управления. В зависимости от принятой команды, эмулятор формирует ИК-посылку, которая управляет непосредственно лампой. Структурная схема используемого принципа управления показана на рис.2.

Рис.2

При анализе считанного с пульта кода было определено, что для кодирования ИК-посылок управления RGB лампой используется стандартный протокол NEC. Этот код состоит из импульса преамбулы, двух байт адреса (прямой и инверсный) и двух байт команды (прямой и инверсный), рис.3.

Рис.3

Принципиальная схема эмулятора пульта управления RGB ламой (рис.4). абсолютно идентична схеме эмулятора пульта управления кондиционером. Применение микроконтроллера 12F683 обусловлено тем, что в нем есть аппаратный ШИМ, с помощью которого формируется несущая ИК- команд частотой 38 кГц. Кнопка S1 предназначена для запуска тестового режима, при котором последовательно прогоняются все возможные режимы:

включение;

5 ступеней регулировки яркости вниз;

5 ступеней регулировки яркости вверх;

5 оттенков красного цвета;

5 оттенков зеленого цвета;

5 оттенков синего цвета;

белый цвет;

режим Flash;

режим Strobe;

режим Fade;

режим Smooth;

выключение.

Рис.4

Ниже (рис.5) приведена таблица соответствия команд RS485, формируемых радиомодулем кодов и соответствующих им ИК-посылок. Для примера рассмотрим всю цепочку формирования команды управления режима «Включить». При нажатии этой кнопки в web-интерфейсе на радиомодуль по RS485 приходит команда записать в регистр значение 14. Это является для радиомодуля «указанием» сформировать радиопосылку с кодом AB CD 26. Эмулятор пульта принимает указанный код и сравнивает его с сохраненными кодами в памяти. Определив, что такой код существует с привязкой к идентификатору 14 (AB CD 26 14), эмулятор формирует ИК-посылку, «модулированную» значением B0, что равнозначно нажатию на пульте кнопки «Включить».

Рис.5

В таблице так же приведена адресация всех кодов (принимаемых и эмулируемых) для их распределения в области памяти EEPROM микроконтроллера. Под принимаемый радиокод отводится четыре ячейки памяти (непосредственно сам код три байта плюс идентификатор – один байт), под эмулируемую ИК-посылку – одна ячейка. Здесь может возникнуть вопрос, почему записывается только один байт, ведь выше, при разборе протокола NEC говорилось, что кодовая посылка без учета импульса преамбулы состоит из четырех байт (двух байт адреса и двух байт команды). Дело в том, что адрес для всех команд является одним и тем же – 00 и он прописан прямо в программе формирования кода. Инверсные байты адреса и команды формируются так же в программе путем инвертирования из прямых адреса и команды . Следовательно, для формирования каждой ИК-посылки достаточно указать значение только прямой команды.

Возможна ситуация, что у вас пульт формирует команды с другими значениями. В таком случае их необходимо предварительно считать с пульта с помощью фотоприемника и простейшего логического анализатора и заменить данные в соответствующих ячейках EEPROM.

Несколько слов о записи команд управления в радиомодуль. Так как радиомодуль должен формировать 24 команды, а EEPROM в нем небольшая, то используется так называемый «пользовательский» код. Более подробно, что это такое, можно почитать в статье с описанием радиомодуля. Здесь же только отметим, что для работы эмулятора пульта в ячейки EEPROM радиомодуля 78, 79, 7A необходимо записать соответственно значения AB СD 00.

На рис.6 показан пример оформления web-интерфейса эмулятора пульта. При желании его можно стилизовать под реальный пульт, наложив соответствующую картинку.

Рис.6

В архиве находится прошивка микроконтроллера с уже прописанными командами, html страница web-интерфейса и скрипт с макросами Python, формирующими команды управления по RS485.

Видео управления RGB лампой:

Содержание всех статей сайта по системе домашней автоматизации на Raspberry Pi

Оповещение в системе домашней автоматизации

Admin — Fri, 28 Oct 2016 16:24:16 GMT

Помимо возможности управления и контроля, система домашней автоматизации должна оперативно оповещать владельца дома или квартиры о тех или иных нештатных ситуациях. Это может быть срабатывание охранной сигнализации, протечка воды, задымление в помещении и т.д. В качестве каналов оповещения наиболее доступными и простыми являются интернет и средства мобильной (сотовой) связи.

Рассмотрим, как применить один из способов оповещения непосредственно к нашей системе домашней автоматизации, построенной на Raspberry Pi, который позволит отсылать пользователю электронные письма и SMS-сообщения даже без использования в системе GSM-модема.

Принцип организации оповещения следующий - при определенном событии (например, замыкании или размыкании входа GPIO) специальный скрипт формирует электронное письмо, в котором содержится текстовая информация о событии. Дополнительно организуется отправка пользователю SMS-сообщения.. Непосредственно в SMS так же можно записать текстовую информацию о событии. Благодаря этому оповещение поступит пользователю даже при отключенном мобильном интернете – через SMS сообщение.

Для организации такой схемы применяются специализированные сервисы рассылки текстовых сообщений. В нашем случае отправка электронных писем и SMS сообщений выполняется с помощью сервиса http://sms.ru. Структура передачи пользователю оповещений приведена на рис.1:

Рис.1

Что бы оправлять оповещения в виде электронных писем и SMS, пользователю необходимо создать два электронных ящика – один на любом почтовом сервере, например, gmail.com (с него будут отправляться сообщения) а другой – на sms.ru (на этот ящик будут приходить сообщения и отправляться SMS).

Формирует электронные письма о событии отдельный скрипт, входящий в библиотеку скриптов для системы домашней автоматизации script_gpio.py Рассмотрим, как пользователю правильно сконфигурировать этот скрипт (рис.2)

Рис.2

mail_from – адрес, с которого отправляются письма с оповещением.

mail_to – адрес пользователя в сервисе sms.ru на который поступают письма.

mail_teхt – текст, который содержится в письме. В приведенном примере он «жестко» задан как «ALARM!!!». Однако письма могут содержать различную информацию о различных событиях. Поэтому необходимо mail_teхt объявить в скрипте как глобальную переменную и присваивать её требуемые текстовые значения в обработчике входов GPIO.

mail_subj – тема пересылаемого письма. Этот параметр так же можно объявить как глобальную переменную, которой присваиваются требуемые значения.

attach_file – при необходимо здесь можно указать адрес прикрепляемого к письму файла.

smtp_server – адрес smtp сервера. Для gmail.com это адрес smtp.gmail.com

smpt_port – порт smtp сервера. В нашем случае используется порт 587.

smtp_user – это фактически почтовый ящик, с которого отправляются письма.

smtp_pwd – пароль почтового ящика, с которого отправляются письма.

Если запустить такой скрипт, то он сформирует с помощью почтового ящика xxxx@gmail.com электронное письмо, пересылаемое на ящик yyyy@sms.ru, при получении которого пользователю будет передано соответствующее SMS-сообщение.

У автора подобная схема оповещения применена в системе домашней автоматизации совместно с простой охранной сигнализацией, имеющей два выходных реле. Одно реле контролирует режим работы сигнализации (снято или установлено в режим охраны), а второе реле контролирует режим тревоги (включение сирены). Контакты реле (нормально-разомкнутые) подключены к двум входам GPIO Raspberri Pi. При установке или снятии сигнализации с охраны, а так же в случае тревоги на телефон поступают соответствующие данным событиям SMS-сообщения (рис.3)

Рис.3

В заключение пару слов о сервисе рассылки сообщений sms.ru. Для его использования необходимо зарегистрироваться, создать почтовый ящик типа yyyy@sms.ru и указать в настройках номер телефона, на который будут отправляться SMS. С этого ресурса можно отправить пять бесплатных SMS-сообщений в сутки на один телефонный номер. Количество сообщений в виде входящих электронных писем неограниченно. Т.е. если на электронный адрес yyyy@sms.ru поступит, например, десять электронных писем в сутки, то пользователь получит SMS о первых пяти. Для оповещения о критических (аварийных ситуациях) этого, в принципе, достаточно. Но если кому-то пяти SMS окажется мало, то можно дополнительно оплатить требуемое количество SMS, пополнив баланс своего аккаунта.

Сканер радиокодов

Admin — Thu, 29 Sep 2016 18:23:45 GMT

Сканер радиокодов позволяет считывать значение 24-битного статического кода, применяемого в радиодатчиках и радиопультах, работающих на частоте 315/433 МГц. Такие датчики и пульты используются в различных охранных сигнализациях, управлении воротами, жалюзи, освещением и т.д.

Знать формируемый код необходимо для того, что бы идентифицировать датчик или эмулировать пульт управления в системе домашней автоматизации. Несмотря на то, что в радиомодуле есть режим считывания кодов непосредственно на самом устройстве, тем не менее такое программирование выполняется практически «вслепую». Вроде бы ничего страшного, если нужно записать пару-тройку кодов. А вот если их значительно больше, то легко можно ошибиться и придется все начинать сначала. Поэтому проще и быстрее будет считать сканером все необходимые коды и записать их прямо в память EEPROM микроконтроллера радиомодуля программатором.

Так же с помощью сканера радиокодов можно проверить различные самодельные радиодатчики, например, датчик протечки воды или датчик открытия окон. Кроме того, некоторые девайсы в системе домашней автоматизации, например, дистанционное управление вентилятором, вообще не имеют режима программирования кодов и тут без сканера радиокодов обойтись довольно проблематично.

Рис.1

Вместо того что бы собирать отдельное устройство, режим сканера введен в дубликатор электронных ключей, разработанный несколько лет назад. В схеме дубликатора остались незадействованные порты микроконтроллера, к одному из которых и подключен выход приемника 315/433 МГц. Все возможности дубликатора электронных ключей последней версии 1.2 сохранены в новой версии 1.3 в полном объёме.(рис.1).

Рис.2

Модуль приемника подключается через штыревой разъем (рис.2), что позволяет его легко заменить при необходимости сканировать коды датчиков или пультов, работающих на разных частотах. Питание 5В на модуль приемника во избежание его самовозбуждения подается от основной схемы дубликатора через развязывающую RC-цепочку.

24-битный код является статическим кодом и представляет собой импульсную последовательность с кодировкой нулей и единиц импульсами разной длительности. На рис.3 приведены импульсные последовательности для наиболее часто применяемых кодеров 1527 и 2262. Отличаются они тем, что кодер 1527 формирует вначале импульс преамбулы,отделенный от основной посылки временным интервалом. У кодера 2262 преамбула не формируется, но в конце следует 25-й импульс, называемый импульсом синхронизации. Обычно при срабатывании датчика или нажатии кнопки пульта формируется несколько «пачек» кода для его надежной идентификации приемным устройством.

Рис.3

В EEPROM микроконтроллера код записывается в виде байтов. Следовательно, каждый код будет занимать объем: 24/8=3 байта или три ячейки памяти. Но это справедливо только для эмулируемых (передаваемых) кодов пультов. Для идентификации принимаемых кодов датчиков необходимо добавить четвертый байт (байт номера зоны). Поэтому, с целью унификации адресации в EEPROM, под передаваемые и принимаемые коды отводится четыре ячейки памяти (рис.4). Более подробно об этом можно почитать здесь.

Рис.4

Теперь о работе со сканером радиокодов. После подачи питания необходимо кнопками S1 или S2 выбрать режим работы устройства, соответственно «Key copy» (копирование ключей) или «Scrambler radio» (cканер радиокодов, рис.5, а). Выбранный режим отображается на дисплее,например на рис.5, б показан режим сканирования радиокодов после нажатия кнопки S2. При повторном нажатии на кнопку S2 появится сообщение о готовности сканирования радиокода «Active code:» (рис.5, в). После этого необходимо активировать радиодатчик или нажать кнопку пульта и считанный код в виде трех байт будет показан на дисплее в нижней строке. В верхней строке выводится информация об успешном сканировании и чтении кода «Read ok!» (рис.5, г).

Рис.5

Для сканировании следующего кода нужно дважды нажать кнопку S2 и активировать новый код. Для возврата в меню выбора режима работы (рис.5, а) после сканирования кода служит кнопка S1.

Видео работы сканера радикодов:

Прошивка микроконтроллера

Содержание всех статей сайта по системе домашней автоматизации на Raspberry Pi

Дистанционное управление вентилятором

Admin — Fri, 23 Sep 2016 16:21:42 GMT

Наша система домашней автоматизации с применением Raspberry Pi включает в свою структуру радиомодуль, с помощь которого можно дистанционно передавать команды управления различными устройствами, а так же получать сигналы с радиодатчиков движения, задымления, протечки воды и т.д. Однако для реализации дистанционного управления необходимо, что бы в состав управляемого устройства входил или непосредственно приемник радиокоманд с выходами управления или преобразователь этих команд в ИК-сигнал – именно таким образом ранее было реализовано управление кондиционером.

Сегодня мы рассмотрим, как оборудовать дистанционным управлением обычный напольный вентилятор (рис.1). Удобство использования вентилятора с дистанционным управлением очевидно, т.к. не нужно каждый раз подходить к устройству, что бы его включить/выключить или изменить скорость вращения.

Рис.1

Обычно для вентиляторов с уже установленным дистанционным управлением используется ИК-диапазон. Но мы применим управление с радиопульта в диапазоне 315 (433) МГц, оснастив напольный вентилятор с кнопочным (ручным) управлением приемником команд. Это позволит значительно расширить дальность управления, а так же легко интегрировать вентилятор в нашу систему домашней автоматизации и управлять им не только с пульта, но и с планшета или смартфона через web-интерфейс. Кроме того, функция ручного управления так же будет сохранена.

Для реализации дистанционного управления вентилятором по радиоканалу можно использовать, например, вот эту схему, доработав прошивку микроконтроллера. Так же можно заказать различные готовые комплекты дистанционного управления на алиэкспресс.

У меня в наличии оказался трехканальный радиовыключатель для управления освещением (рис.2). Заложенный в нем алгоритм не совсем подходит для управления вентилятором. Но, что бы не собирать в очередной раз новую печатную плату, было решено использовать именно этот девайс, заменив в нем микроконтроллер.

Рис.2

Рассмотрим существующую схему ручного управления вентилятором, которая по сути является простейшим кнопочным коммутатором обмоток электродвигателя. Включая в работу ту или другую обмотку, можно ступенчато изменять скорость вращения вентилятора. Фиксация кнопок взаимозависимая – т.е. одновременно может быть нажата только одна кнопка S1-S3 . Кнопка S4 служит для отключения вентилятора (рис.3).

;

Рис.3

Для реализации дистанционного управления вентилятором необходимо подключить контакты реле радиовыключателя параллельно кнопкам S1-S3 и добавить переключатель S5 для выбора режима ручного или дистанционного управления (рис.4)

Рис.4

В радиовыключателе управления освещением алгоритм построен таким образом, что можно включить как одно, так одновременно и два и три реле. Нам же для управления вентилятором необходимо, что бы при включении одного реле, все остальные реле отключались во избежание одновременной подачи напряжения сразу на несколько обмоток электродвигателя.

Вскрытие радиовыключателя показало, что в качестве его «мозгов» применяется 8-ми выводный микроконтроллер, с которого производители добросовестно стерли название (рис.5).

Рис.5

Изучив печатную плату, было выявлено, что выводы «неопознанного» микроконтроллера имеют следующее назначение:

1 – VDD;

2 – не используется;

3 – не используется;

4 – вход от приемника;

5 – выход реле 3;

6 – выход реле 2;

7 – выход реле 1;

8 – GND

Попытка определить тип используемого микроконтроллера с помощью программатора PicKit2 успеха не имела. Однако подобная распиновка выводов питания и портов ввода/вывода аналогична применяемой в PIC-контроллере 12F629 (12F675). Поэтому заменив штатный микроконтроллер на 12F629 с соответствующей прошивкой, был получен трехканальный радиовыключатель с необходимым алгоритмом работы. Кнопки пульта А, В и С соответственно включают первую, вторую и третью скорость вращения, а кнопка D отключает вентилятор.

Для удобства программирования микроконтроллер устанавливается на плате в панельку DIP-8. Так же доработано подключение к плате модуля приемника – оно сделано через разъемное соединение.

Печатная плата радиовыключателя размещена и закреплена винтом с гайкой в корпусе вентилятора. Переключатель S5 режима ручного/дистанционного управления выведен на обратную сторону корпуса (рис.6)

Рис.6

Для работы устройства необходимо записать в память EERPOM микроконтроллера коды кнопок A, B, C, D. Код каждой кнопки состоит из четырех байт – первые три байта это непосредственно код радиопульта, а четвертый байт – номер кнопки.

И в заключение вашему вниманию предлагается демонстрация управления напольным вентилятором с пульта и через web-интерфейс:

Прошивка микроконтроллера

Содержание всех статей сайта по системе домашней автоматизации на Raspberry Pi

Управление освещением в системе домашней автоматизации

Admin — Wed, 25 May 2016 17:10:30 GMT

Управление освещением – пожалуй, одно из самых популярных направлений в домашней автоматизации. В настоящее время выпускаются различные сценарные выключатели, позволяющие управлять освещением по заданной программе, беспроводные (радио и ИК) выключатели, сенсорные выключатели, диммеры, модули управления светодиодными RGB-лентами и многое другое.

Однако, разрабатывая схему управления освещением для дома, нужно не забывать один очень важный момент – что ничего более простого и надежного, чем обычный клавишный выключатель, пока не придумано. В любой момент может случиться всякое – электронные девайсы или сервер выйдут из строя, смартфон окажется разряженным,   а пульт управления потерянным или его попросту не будет под рукой. И вот тут-то вы вспомните про обычный выключатель, который ввиду полной автоматизации дома, казался, на первый взгляд, абсолютно лишним звеном. Но, как видите, в подобной ситуации он окажется далеко не лишним. Да и иногда включить/отключить освещение выключателем быстрее и удобнее, чем управлять им через систему автоматизации.

Это «лирическое отступление» было призвано показать существующую проблему, на первый взгляд незаметную, но при которой можно оказаться заложником «умного дома». Поэтому, при установке различных электронных систем управления освещением необходимо тщательно продумать интеграцию в них «классических» схем, которые продублируют электронные системы в случае их выхода из строя.

Главными условиями выполнения поставленной задачи является полная интеграция ручного управления в систему автоматизации, и в тоже время независимость их друг от друга, а так же возможность контроля состояния освещения (включено/отключено). Кроме того, даже в случае полного выхода из строя всей системы домашней автоматизации, управление освещением с помощью обычных выключателей должно продолжать функционировать без вмешательства в коммутационные цепи.

Рассмотрим некоторые способы построения схем управление освещением. Один из вариантов - реализовать схему по принципу работы проходных выключателей (рис.1).

Рис.1

Для того, что бы применить такую схему к нашей задаче, необходимо использовать один проходной выключатель, а вместо второго выключателя задействовать переключающий контакт электромагнитного реле, управляемого с системы домашней автоматизации. Далее, что бы не говорить абстрактно, я буду ссылаться на конкретное устройство управления – систему домашней автоматизации собственной разработки, построенный на базе мини-компьютера Raspberry Pi.

Для контроля состояния освещения применен оптрон, работающий на переменном токе (РС814) и формирующий на выходе высокий логический уровень при отключенном и низкий логический уровень при включенном освещении. Резистор R1 ограничивает ток через светодиод оптрона на уровне до 2 мА. Напряжение на выходе OUT фильтруется конденсатором С1 и подается на дискретный вход устройства системы автоматизации (рис.2)

Рис.2

Внимание! Приведенная схема управления и контроля состояния освещения корректно работает только в случае применения обычных ламп накаливания. По поводу применения ее для светодиодных и люминесцентных (энергосберегающих ламп) поговорим ниже.

При реализации указанной схемы освещения необходимо проложить между посадочной коробкой каждого выключателя и модулем управления трехжильный кабель соответствующего сечения, что позволит управлять одной лампой (или одной группой ламп).

Однако эта схема при всей своей простоте имеет определенные недостатки. Во-первых, в зависимости от того, в каком положении относительно друг друга находятся контакты выключателя и контакты реле, обмотка реле может оставаться в подтянутом состоянии неопределенно долго – ведь такая ситуация с вероятностью 50% будет присутствовать и при отключенном освещении. Казалось бы, ничего страшного в этом нет, однако данный вопрос связан с надежностью применяемых компонентов, в частности, электромагнитных реле. Сами по себе реле брендовых производителей (Finder, ABB, Legrand и т.д.) – компоненты довольно надежные, однако касательно китайских изделий, выпускаемых для «массового потребления», это утверждение не всегда справедливо.

Во-вторых, в такой схеме возможна ещё одна проблема. Если в модуле управления при пропадании/появлении сетевого питания не реализована функция восстановления предыдущего состояния реле, то в таком случае вполне вероятно самопроизвольное включение освещения. Например, если освещение до этого было отключено контактами подтянувшегося реле, то при пропадании напряжения реле отпустит контакты, а затем, при последующем восстановлении напряжения, реле не подтянется (т.е. останется в отпущенном состоянии) и освещение включится уже за счет контактов выключателя.

Следовательно, для повышения общей надежности схемы управления освещением, непосредственно для коммутации нагрузки оптимальным решением является использовать импульсные (бистабильные) реле с переключающим контактом, а реле модуля управления применить как промежуточные, которые будут включаться всего на 1-2 секунды (формировать импульс) и своими контактами переключать импульсное реле. Доработанная схема управления с применением такого реле приведена на рис.3

Рис.3

Более подробно о применении, подключении и работе импульсных реле можно почитать в статье Схемы управления освещением

Теперь остановимся на применении в нашей схеме светодиодных и люминесцентных (энергосберегающих ламп). Дело в том, что протекающий через оптрон ток, используемый для контроля состояния освещения, несмотря на значение всего порядка 2 мА, способен «подсвечивать» такие лампы. Причем, интенсивность свечения при выключенном состоянии может составлять до 10% от свечения при включенном состоянии. Разумеется, это абсолютно неприемлемо.

Данная проблема в отношении светодиодных и люминесцентных ламп довольно хорошо многим известна, в основном в связи с применением выключателей с подсветкой. При использовании выключателей с подсветкой при выключенном положении выключателя цепь резистор – неоновая лампа (или резистор – светодиод) создает протекание в схеме тока, из-за чего лампы могут светиться или мигать. В нашей ситуации аналогичная «паразитная» цепь получается «благодаря» светодиоду оптрона.

Какие возможны варианты решения указанной проблемы? Конечно, самый радикальный способ – это вообще отказаться от схемы контроля, оставив только схему управления. Но тогда будет невозможно контролировать состояние освещения через web-интерфейс. Кроме того, что значительно важнее, системе домашней автоматизации необходимо «знать» состояние освещения для реализации различных функций и сценариев управления. Поэтому отказаться от контроля – это не выход из положения, требуется принять меры технического характера, позволяющие «подавлять» подсветку и мигание ламп.

Одним из эффективных способов подавления миганий и подсветки светодиодных и люминесцентных ламп является подключение конденсатора на напряжение не менее 400В параллельно лампе. Экспериментально проверено, что емкости 10 nF (0,01 uF) вполне достаточно, что бы избавится от подсветки в светодиодной лампе мощностью 10 Вт (230В/45мА).

Следовательно, схему, приведенную на рис.3, необходимо дополнить конденсатором, включенным параллельно лампе. Это позволит эффективно управлять и осуществлять контроль состояния освещения при использовании любых типов ламп – накаливания, светодиодных и люминесцентных. Правда, шунтирование каждой лампы конденсатором можно отметить, как определенный недостаток.

Далее рассмотрим, как интегрировать автоматику в схему управления освещением из нескольких точек. Как вариант - это уже фактически рассмотренная схема с применением проходных выключателей. Но когда точек управления более двух, то в качестве «промежуточных» применяют специфические крестовые (или перекрестные) выключатели (рис.4)

Рис.4

Что бы реализовать с помощью реле модуля управления крестовой выключатель, необходимо реле с двумя независимыми группами контактов. Поэтому, правильным решением является установить на месте «крайнего» проходного выключателя крестовой выключатель, а этот «замещаемый» проходной выключатель реализовать уже на контактах реле – т.е. фактически мы повторим схему, рассмотренную выше. Только у нее дополнительно появляются «промежуточные звенья» – крестовые выключатели.

Очень часто для управления освещением из нескольких точек используют импульсные реле, о которых мы говорили выше. На этом принципе построены следующие две схемы управления освещением. Для реализации данных схем потребуется прокладка четырехжильного (рис.5) или трехжильного (рис.6) кабеля.

Рис.5

Рис.6

Приведенные схемы позволяют применить импульсные реле с одной группой включающих контактов. Кроме того, так как оптрон контроля состояния освещения включен не последовательно, а параллельно с нагрузкой, то отпадает необходимость шунтирования светодиодных и люминесцентных ламп конденсатором. Вместо проходного выключателя в этих схемах применяется выключатель без фиксации (кнопка). Таких кнопок можно включить в параллель любое количество.

Контакт реле К1.1, срабатывающий по команде модуля управления на 1-2 секунды имитирует нажатие кнопки, переключает импульсное реле, и, соответственно, включает/выключает освещение.

И в завершение небольшое демонстрационное видео реализации на макете разработанной схемы управления и контроля состояния освещения в ручном режиме и через web-интерфейс системы домашней автоматизации.

Содержание всех статей сайта по системе домашней автоматизации на Raspberry Pi

Raspberry Pi для домашней автоматизации. 2-х канальный контроллер с RS485

Admin — Sat, 19 Dec 2015 19:06:19 GMT

В прошлом обзоре была затронута тема подключения к Raspberry Pi готовых модулей, в частности релейного модуля с оптронной развязкой. Учитывая то, что планомерно ведется работа по применению в системе домашней автоматизации для работы с RS485 протокола Modbus RTU, вполне логичным является то, что сегодня мы рассмотрим подключение к Raspberry Pi контроллера китайского производства, работающего по указанному протоколу. На форуме как-то упоминался один из вариантов такого контроллера, который можно заказать на aliexpress, поэтому было решено остановиться именно на этом варианте.

Контроллер представляет собой печатную плату, на которой установлены микроконтроллер, драйвер интерфейса RS485, два реле с транзисторными ключами и элементами индикации состояния реле, индикатор работы последовательного интерфейса, стабилизатор напряжения, разъемы для подключения внешних цепей и матрица движковых переключателей, предназначенная для установки сетевого адреса и режима работы контроллера (рис.1)

Рис.1

Контроллер может работать в двух режимах – с управлением АТ-командами и с управлением по протоколу Modbus RTU. Нас интересует именно второй вариант, поэтому остановимся на нем более подробно.

Для перевода контроллера в режим Modbus RTU необходимо переключатель А5 матрицы переключателей установить в положение ON. Переключателями А0 - А4 в двоичном коде задается сетевой адрес контроллера, который может иметь значение от 1 до 32. В показанном на рис.2 примере контроллеры настроены на работу в режиме Modbus RTU с сетевыми адресами 1, 2, 3…32.

Рис.2

Согласно описанию, контроллер позволяет выполнить по двум каналам следующие команды:

- включить реле;

- отключить реле;

- инвертировать состояние реле;

- включить реле на 1 секунду;

- включить реле на 10 секунд;

- включить реле на 100 секунд.

Для проверки работы контроллер подключается к USB порту компьютера через переходник USB/RS485. В качестве управляющей программы используется терминалка Com Port Toolkit.

Формат каждой команды в режимах АТ и Modbus RTU приведен в описании к контроллеру. Все указанные команды управления при тестировании выполнялись в соответствии с описанием. В качестве ответного сообщения, контроллер ретранслирует полученную команду управления (рис.3):

Рис.3

В контроллере, помимо рассмотренных выше команд, есть еще и команда Latch (защелка), но логика ее работы осталась непонятна – при приеме этой команды просто включается соответствующее реле.

Для использования контроллера в системе домашней автоматизации на Raspberry Pi был написан простой web-интерфейс, который позволяет выполнить команды управления контроллером. Чтобы не создавать под контроллер отдельную web-страницу, элементы управления интегрированы в существующую web-страницу метеостанции (нижняя строка). С помощью элементов управления, можно выполнить наиболее «ходовые» команды – включить, отключить и включить реле на 1 секунду (рис.4).

Рис.4

Хотелось бы отметить и некоторые недостатки контроллера. Самый главный из них – это невозможность считать по Modbus RTU состояние регистров микроконтроллера и, следовательно, определить включено или отключено реле. А ещё лучше было бы наличие хотя бы двух дискретных входов, что бы через них гарантированно контролировать состояние реле. Тем более, что микроконтроллер имеет свободные порты. Кроме того, в случае пропадания питания, контроллер не запоминает последнее состояние реле - после восстановления питания оба реле всегда будут в отключенном состоянии.

Как видите, контроллер не лишен определенных недостатков. Хотя, с другой стороны, что можно хотеть от девайса за 10$, свою невысокую стоимость он полностью оправдывает.

Raspberry Pi для домашней автоматизации. Релейный модуль

Admin — Sat, 21 Nov 2015 19:31:23 GMT

Пока продолжается процесс адаптации контроллеров системы домашней автоматизации для работы со стандартным Modbus RTU, немного поговорим о подключении к Raspberry Pi различных готовых модулей. Начнем с самого простого – подключение к портам GPIO релейного модуля.

В продаже можно найти различные модификации релейных модулей на 1, 2, 4, 8 и более каналов. Все они, как правило, выполнены по одинаковой схеме и имеют «на борту» гальваническую развязку на оптронах, транзисторные ключи и электромагнитные реле либо на 5В, либо на 12В.

Оказавшиеся в моем распоряжении два 4-х канальных модуля были выполнены на реле с напряжением 12В (рис.1)

Рис.1

В описании полученных релейных модулей было указано, что для управления реле в качестве активного используется низкий уровень. Т.е. при низком уровне на входе канала модуля соответствующее реле включено, а при высоком – отключено. Для более детального рассмотрения этого вопроса обратимся к принципиальной схеме, которая была составлена по печатной плате модуля (рис. 2). На схеме показан только один канал, остальные каналы идентичные.

Рис.2

При высоком уровне на входе модуля светодиод во входной цепи и светодиод оптрона выключены, на базе транзистора Q1 присутствует низкий уровень, транзистор закрыт и реле отпущено. При подаче на вход низкого уровня светодиоды включаются, транзистор открывается и реле подтягивается. Диод, шунтирующий обмотку реле, служит для подавления самоиндукции, возникающей при коммутационных процессах.

Обратите внимание, что при установленной перемычке JD питание оптрона составляет 12В. Это неприемлемо при работе с ТТЛ уровнями или уровнями 3,3В. Поэтому, для работы рассматриваемого здесь модуля необходимо перемычку снять и подключение к портам GPIO Raspberry Pi выполнить в соответствии с рис.3:

Рис.3

Так как реле включается при низком управляющем уровне на входе, следовательно, на портах GPIO, которые управляют реле, при загрузке Raspberry Pi должны устанавливаться высокие уровни. Для этого достаточно внести изменения в конфигурационный файл – вместо x = OUT 0 указать x = OUT 1, где х – номер порта (рис.4)

Рис.4

Так же хотелось бы остановиться на схемной организации управления нагрузками, потребляющими большой ток, например, мощными электронагревателями или вентиляторами. Обычно для таких нагрузок мощности контактов электромагнитного реле модуля недостаточно и их применяют в качестве промежуточных реле, управляющих пускателями (контакторами), которые в свою очередь уже непосредственно коммутируют нагрузку. Для повышения надежности в таких системах имеет смысл использовать 2-х релейные схемы управления, где одно реле (К1) отвечает за включение нагрузки, а второе (К2) – за отключение. Принципиальная схема 2-х релейной схемы управления приведена на рис.5:

Рис.5

Принцип работы 2-х релейной схемы предельно прост. В исходном состоянии реле К1, К2 и пускатель ПМЛ отпущены, нагрузка отключена. При кратковременном срабатывании реле К1 его нормально-разомкнутые контакты К1.1 подают напряжение на катушку пускателя, пускатель подтягивается, подает питание на нагрузку через контакты ПМЛ-1 и своими блок-контактами ПМЛ-БК становится на «самоподхват». Для отключения нагрузки необходимо кратковременно включить реле К2, его нормально-замкнутые контакты К2.1 разорвут цепь питания катушки пускателя, нагрузка отключится и схема вернется в исходное состояние.

Преимущество управления с помощью 2-х релейной схемы в том, что электромагнитные реле К1 и К2 включаются только на 1-2 секунды во время включения или отключения нагрузки, остальное время они находятся в отпущенном состоянии. Это предотвращает бесполезную нагрузку на блок питания релейного модуля и повышает надежность управления в целом.

Как недостаток следует отменить необходимость использования для управления нагрузкой двух каналов релейного модуля (т.е получается, что 4-х канальный релейный модуль обеспечит управление только двумя нагрузками). Но тут уже в каждом конкретном случае нужно оценивать что важнее – количество каналов или надежность управления.

Так же в системах управления «высокой ответственности» крайне желательно сделать сигнализацию включенного/отключенного состояния нагрузки. Реализовать такую функцию можно с помощью трансформатора тока, включенного в цепь нагрузки, или, что более просто, с помощью ещё одного реле, подключенного параллельно нагрузке. Контакт реле включается на вход Raspberry Pi и позволяет реально идентифицировать включенное или отключенное состояние нагрузки.

И в завершение пример практической реализации рассмотренного сегодня материала.С применением двух 4-х канальных релейных модулей управления и Raspberry Pi2 была разработана небольшая система телемеханики для управления наружным освещением на одном объекте. Скриншот web-страницы системы показан на рис.6:

Рис.6

Интерфейс позволяет управлять четырьмя нагрузками в режиме 2-х релейной схемы или восьмью нагрузками в режиме 1-релейной схемы, а так же получение телесигнализации по восьми входам. В режиме 2-х релейной схемы при клике кнопки web-интерфейса низкий уровень появляется на соответствующем выходе порта GPIO на время 2 секунды.

Raspberry Pi для домашней автоматизации. Modbus RTU

Admin — Sat, 10 Oct 2015 12:11:24 GMT

С момента своего создания, протокол передачи данных Modbus является фактически стандартом в системах передачи данных. Наверное, нет смысла подробно рассматривать здесь структуру этого протокола, он и так уже очень подробно описан в различных источниках. Остановимся только на ключевых моментах.

Существует два режима работы Modbus, применяемых для интерфейсов RS232/ RS485 – это Modbus ASCII и Modbus RTU. В Modbus ASCII режима каждый байт сообщения передается как два ASCII символа. Для передачи применяются ASCII-символы 0-9, A-F.

Достоинство этого режима заключается в том, что время между передачей символов может быть до 1 секунды без возникновения ошибок при передаче. Похожий принцип передачи данных с некоторыми изменениями и дополнениями применяется для подключения Raspberry Pi к контроллерам по интерфейсу RS485 в нашей системе домашней автоматизации.

Однако, режим протокола Modbus ASCII не так популярен и распространен, как другой режим этого протокола – Modbus RTU. Именно Modbus RTU используется в подавляющем большинстве промышленных и бытовых контроллерных устройств. Поэтому, с целью дальнейшей популяризации нашей системы домашней автоматизации и применения в ней готовых контроллеров, поддерживающих стандартные протоколы, было решено постепенно перевести работу сервера Raspberry Pi на режим работы Modbus RTU

В RTU режиме сообщение начинается с интервала, равного времени передачи 3,5 символов при заданной скорости передачи данных. Вслед за последним передаваемым символом также следует интервал продолжительностью не менее 3,5 символов. Новое сообщение начинается только после этого интервала. Другими словами, в режиме RTU сообщения разделяются между собой временными интервалами тишины. Типичный вид (фрейм) сообщения Modbus RTU показан на рис.1.

Рис.1

В первом поле передается адрес устройства. Т.к. адрес занимает один байт, то значения этого поля находятся в диапазоне значений 1-256.

Второе поле – код функции. Для режима RTU принята спецификация номера каждой функции. Например, 02 – это получение дискретных значений входов, а 03 – чтение значений регистров.

Третье это поле – передаваемые данные. Количество байт этого поля может иметь произвольное значение.

Четвертое поле – это два байта контрольной суммы (CRC-16). Контрольная сумма необходима для проверки целостности и правильности передаваемых данных. Контрольная сумма является результатом вычисления Cyclical Redundancy Check (CRC) сделанного над содержанием сообщения (адреса, кода функции, данных) и передается в этом сообщении младшим байтом вперед.

Теперь, когда мы разобрались, что представляет собой режим Modbus RTU, приступим к его реализации на Raspberry Pi. Для этого воспользуемся готовым пакетом minimalmodbus. Скачиваем архив:

wget https://pypi.python.org/packages/source/M/MinimalModbus/MinimalModbus-0.7.tar.gz

Распаковываем архив в каталог:

tar xvzf MinimalModbus-0.7.tar.gz

Переходим в каталог с распакованным архивом:

cd MinimalModbus-0.7

И наконец устанавливаем minimalmodbus:

sudo python setup.py install или sudo python3 setup.py install

Далее рассмотрим скрипт на Python, посредством которого minimalmodbus будет включаться в работу (рис.2).

Рис.2

Скрипт оформлен в виде макроса, вызываемого с html страницы. Но никто не запрещает использовать его и в «фоновом» режиме – т.е. без загрузки html страницы в браузер.

Надеюсь, что из комментариев данного скрипта вам понятен принцип его работы. После инициализации по команде с html страницы вызывается макрос getData, с помощь которого считываются данные регистров, состояния дискретных входов и устанавливаются уровни выходов подчиненного устройства. Полученные данные возвращается на html страницу для их визуализации. Пример тестовой страницы для получения данных со скрипта getData приведен на рис.3

Рис.3

P.S. В настоящее время все контроллеры, работающие по интерфейсу RS485 в системе домашней автоматизации поддерживают режим Modbus RTU.

Raspberry Pi для домашней автоматизации. Построение графиков

Admin — Fri, 18 Sep 2015 19:47:20 GMT

Графики позволяют проанализировать события, которые происходили в течение определенного времени, а так же на основании полученных данных составить картину динамики протекавших процессов. Самый наглядный пример – это контроль климатических параметров за определенный временной период.

В этом материале будет рассмотрено, как добавить графики в нашу систему домашней автоматизации. Как известно, для того что бы построить любой график в двухмерной системе координат, необходимо указать массивы координат точек по осям Х и Y. Соединив эти точки, мы получим график изменений тех или иных параметров. Достоверность графика зависит как от выбранного масштаба, так и от частоты выборки значений по осям Х и Y. Например, если мы хотим отслеживать динамику изменения атмосферного давления во времени, то координатой Х у нас будет являться время, а координатой Y – значение давления в миллиметрах ртутного столба. В этом примере давление всегда будет абсолютной величиной, а выборка этой величины во времени будет зависеть от выбранной пользователем. Понятно, что чем чаще делается выборка, тем точнее получится график. Однако к этому вопросу тоже нужно подходить разумно. Например, для построения графика медленно изменяющихся процессов - атмосферного давления или температуры, частота выборки может составлять 10-30 и более минут. А вот для контроля качества напряжения в сети, выборку амплитудного значения напряжения нужно делать очень часто - каждые 20 мс (т.е в течение одного периода).

Построение графика состоит из двух этапов. Первый этап – это формирование базы данных (координат Х и Y), а второй – визуализация полученных данных в графическом виде. Далее на практическом примере я постараюсь показать, как построить график изменения во времени значений атмосферного давления, получаемых при помощи датчика BMP085. Но сначала остановимся на одном очень важном моменте.

Кто внимательно следит за всеми публикациями на сайте по системе домашней автоматизации на Raspberry Pi, видимо, заметили следующую особенность – выполнение той или иной функции происходит только при открытой странице браузера. Например, когда мы работаем через UART, то запросы на удаленные контроллеры и обработка получаемых с них данных выполняются непосредственно скриптами JavaScript web-страницы. Работа с интерфейсами I2C, 1-wire осуществляется посредством макросов, написанных на языке Python, но опять же вызываемых с web-страницы. Поэтому, если браузер закрыт, то данные мы не получим. Следовательно, макросы (скрипты) Python должны работать постоянно, вне зависимости от того, открыта web-страница в браузере или нет. Это очень важное условие для формирования базы данных.

Получив данные, необходимо сохранить их в базе. В качестве базы данных используется обычный текстовый файл. В нашем случае это data_press.txt. В первой строке файла указываем имена переменных через запятую - Data и Pressure. Далее каждый раз с новой строки в файл будут записываться значения даты, времени и давления (рис.1)

Рис.1

Формирование базы данных осуществляется посредством скрипта Python script.py, который с заданной дискретизацией формирует запрос на получение данных с датчика BMP085 и записывает их в текстовый файл (рис.2). Файл script.py необходимо скопировать в папку /home/pi/myproject/python.

Рис.2

Сформировав базу данных, можно перейти ко второму этапу - построить график изменения давления во времени. Для этого воспользуемся готовой библиотекой dygraph, представляющей собой мощный инструмент, написанный на JavaScript и предназначенный для построения масштабируемых графиков различных функций. Библиотеку dygraph.js скачиваем с сайта http://dygraphs.com и копируем ее в папку /home/pi/myproject/html. В этой же папке разместим и файл базы данных data_press.txt.

Для вывода графика на web-страницу создаем файл graphs_press.html (рис.3) и аналогично копируем его в папку /home/pi/myproject/html

Рис.3

Теперь, если открыть в браузере страницу graphs.html, то при условии, что в файле data_press.txt есть данные даты, времени и давления, будет выведен график изменения давления за период времени (рис.4).

Рис.4

Полученный график является масштабируемым и интерактивным. Если подвести курсор мышки к любой точке, то в правом верхнем углу выводятся параметры графика в этой точке. Так же с помощью мышки, нажав и удерживая левую кнопку, можно выбирать любые периоды для просмотра графика. Вообще библиотека dygraph имеет огромное количество различных параметров и настроек, ознакомиться с которыми можно на сайте по ссылке, указанной выше.

Аналогично вместе с давлением можно вывести в одну систему координат значения температуры, получаемые с этого датчика BMP085. Однако это не очень удобно. Дело в том, что абсолютные величины температуры значительно ниже абсолютных величин давления. Для примера возьмем 20 градусов и 750 мм.рт.столба. Если оба графика разместить в одной системе координат, то график давления будет в верхней области, а температуры – в самом низу. И хотя с помощью мышки очень просто масштабировать графики, но для общего восприятия два графика, значения одного из которых отличаются от значений другого более чем в 35 раз, очень не наглядно. Поэтому, в одну систему координат имеет смысл выводить параметры одного рода, которые нужно сравнить. Для примера приведу график двух температур, получаемых от датчиков DS18B20, установленных прямо на сервере Raspberry Pi. Один из этих датчиков показывает температуру воздуха внутри корпуса сервера, а другой – температуру теплоотвода процессора (рис.5)

Рис.5

С помощью библиотеки dygraph можно построить не только графики параметров, но и графики событий, т.е вести так называемую ретроспективу. Но об этом поговорим как-нибудь в следующий раз.

Скрипты JavaScript, Python, файл базы данных

Содержание всех статей по Raspberry Pi

Raspberry Pi для домашней автоматизации. Часы реального времени

Admin — Sun, 13 Sep 2015 17:05:45 GMT

У Raspberry Pi нет собственных часов реального времени, поэтому его синхронизация происходит из интернета через NTP-сервер точного времени. С одной стороны ничего страшного в этом нет, если Raspberry Pi постоянно находится online. Однако при работе в закрытой или локальной сети, где нет NTP-серверов, системное время будет некорректным.

А собственно для чего нужно точное время в подобных устройствах? Дело в том, что в автоматике, особенно промышленной, синхронизации времени является одной из приоритетных задач. Точное время необходимо для ведения ретроспективы событий, фиксации моментов аварийных процессов, построения графиков параметров.

Синхронизация времени, кроме NTP-сервера, может выполняться с помощью сигналов точного времени, транслируемых через радиостанции или спутниковые навигационные системы. Например, на современных электрических подстанциях, где фактически вся релейная защита, автоматика, телемеханика сейчас построена с применением микропроцессорных средств, завязанных в единую сеть, синхронизация времени выполняется обычно с помощью спутников GPS-навигации, обеспечивающих высокую точность (погрешность не хуже 90-340 нс для системы «Navstar» и 700 нс для системы «Глонасс»).

Но в нашей системе домашней автоматизации такая точность будет излишней, поэтому мы обойдемся без спутниковых систем и применим более простой способ – подключим к Raspberry Pi модуль часов реального времени RTC (Real Time Clock), выполненный на широко распространенном чипе DS1307.

В качестве такого модуля была выбрана компактная плата Tiny RTC (рис.1).

Рис.1

Однако оказалось, что данный модуль работает с напряжением, и, соответственно, уровнями на шине I2C 5В (напомню, что у Raspberry Pi уровни 3,3В). Поэтому из схемы необходимо исключить подтягивающие резисторы R2 и R3 с шины I2C. Функцию этих резисторов будут выполнять подтягивающие резисторы, уже установленные непосредственно в самом Raspberry Pi и подключенные к шине питания 3,3В. Что касается напряжения питания самого модуля Tiny RTC, то оно должно быть 5В.

Так как в нашей системе домашней автоматизации становится все больше различных датчиков и устройств, подключаемых к портам GPIO Raspberry Pi, то имеет смысл изготовить переходную плату для их подключения. На рис.2 показан вариант такой платы с подключенным датчиком давления BMP085, модулем Tiny RTC и разъемом для шины 1-wire.

Рис.2

Будьте очень внимательны при изготовлении переходной платы. Ещё раз обращаю ваше внимание, что питание Tiny RTC выполняется от источника 5В, а всех остальных датчиков от источника 3,3В.

Да, и еще один очень важный момент, который касается всей системы в целом. Если вы отключаете какие-либо датчики, которые устанавливали на шины I2C или 1-wire ранее, то обязательно закомментируйте их в конфигурационном файле WebIOPi. Иначе web-страницы системы станут недоступны.

Итак, считаем что модуль Tiny RTC доработан и подключен к питанию и шине I2C, можно приступать к его настройке и интегрированию в нашу систему.

Открываем файл sudo nano /etc/modules, добавляем к имеющемуся тексту и сохраняем следующие строки:

i2c-bcm2708
i2c-dev
rtc-ds1307 (рис.3)

Рис.3

Открываем файл sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf и закомментируем в нем все строки (рис.4)

Рис.4

Устанавливаем i2c-tools:

sudo apt-get install i2c-tools

Перезапускаем систему командой sudo reboot

Далее необходимо выяснить адрес Tiny RTC, а точнее часов DS1307 на шине I2C. Сделать это можно командой

sudo i2cdetect -y 1

Должна появиться вот такая табличка (рис.5)

Рис.5

С высокой вероятностью могу утверждать, что у DS1307 будет адрес 68. Хотя возможны исключения. На приведенном выше рисунке адрес 50 – это ППЗУ 24С32 которая так же установлена в модуле Tiny RTC, 68 – DS1307, а 77 – датчик давления BMP085.

Зная адрес часов, их можно прописать в систему. Для этого необходимо зайти в систему обязательно с правами суперпользователя:

sudo -s

echo ds1307 0x68 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device

root@raspberrypi: exit

Теперь можно прочитать время из часов командой sudo hwclock –r, а так же записать в часы системное время командой sudo hwclock –w. (рис.6)

Рис.6

Чтобы время автоматически устанавливалось при старте системы из часов DS1307, необходимо добавить в файл

sudo nano /etc/rc.local

следующие строки:

echo ds1307 0x68 > /sys/class/i2c-adapter/i2c-1/new_device
sudo hwclock –s

Располагать указанные строки в файле rc.local нужно до строки exit 0 (рис.7)

Рис.7

Осталось перезапустить систему командой sudo reboot и мы получим автономную синхронизацию системных часов Raspberry Pi из модуля Tiny RTC.

Содержание всех статей по Raspberry Pi

Raspberry Pi для домашней автоматизации. Шина 1-wire

Admin — Sat, 12 Sep 2015 06:16:14 GMT

В прошлом обзоре мы рассмотрели подключение датчика BMP085 по шине I2C. А сейчас остановимся на, пожалуй, одной из самых популярных шин – 1-wire. Ее очень широко используют в системах домашней (да и не только) автоматизации для подключения различных датчиков, устройств контроля доступа, охранных сигнализаций и т.д.

В данном материале будет рассмотрено подключение датчиков температуры DS18B20 к Raspberry Pi. Как известно, все устройства, работающие по шине 1-wire имеют уникальный идентификационный номер, что позволяет включать однотипные устройств фактически параллельно. В Raspberry Pi для работы с шиной 1-wire задействован пин GPIO4, к которому мы и подключим два датчика температуры DS18B20 (рис.1).

Рис.1

Выполним настройки конфигурационного файла config для работы с датчиками DS18B20. Открываем файл командой:

sudo nano /etc/webiopi/config

и в разделе [DEVICES] прописываем:

tmp0=DS18B20

tmp1=DS18B20 (рис.2)

Рис.2

Сохраняем изменения в конфигурационном файле (Ctrl+O/Enter), перезапускаем WebIOPi (sudo /etc/init.d/webiopi restart) и вводим в браузере адрес встроенного монитора девайсов WebIOPi:

http://192.168.1.8:8000/app/devices-monitor

Если датчики исправны и подключены правильно, то в браузере будут отображаться их показания температуры в градусах (рис.3).

Рис.3

Теперь необходимо разобраться в следующем моменте. Датчики включены на одну шину, и требуется выяснить, какой датчик является tmp0, а какой tmp1. Другими словами нам нужно определить идентификационные номера каждого датчика. Для этого необходимо зайти на диске Raspberry Pi в папку:

sys/bus/w1/devices (рис.4)

Рис.4

Там находятся два файла, названия которых и являются идентификационными номерами подключенных к шине 1-wire датчиков. Теперь необходимо в конфигурационном файле привязать идентификационные номера датчиков к присвоенным переменным tmp0 и tmp1.

Открываем файл config командой:

sudo nano /etc/webiopi/config

и в разделе [DEVICES] прописываем:

tmp0=DS18B20 slave:28-000002c2a679

tmp1=DS18B20 slave:28-000002c29f6c (рис.5)

Рис.5

Сохраняем изменения в конфигурационном файле (Ctrl+O/Enter) и перезапускаем WebIOPi (sudo /etc/init.d/webiopi restart)

В файл script.py добавляем макрос работы с датчиками DS18B20 (рис.6)

Рис.6

Создаем тестовую страницу index.html для вызова макросов со скрипта Python и визуализации получаемых данных температуры(рис.7)

Рис.7

Копируем созданные файлы script.py и index.html в соответствующие папки /home/pi/myproject/python и /home/pi/myproject/html

Вводим в браузере адрес http://192.168.1.8:8000/index.html

После загрузки страницы получаем данные температуры с датчиков DS18B20 (рис.8).

Рис.8

Аналогично, как и для датчика BMP085 рассмотренные примеры можно добавить на любую HTML страницу нашей системы домашней автоматизации. Они позволят вам организовать сбор данных с датчиков температуры DS18B20.

Скрипты JavaScript, Python

Содержание всех статей сайта по теме Raspberry Pi

Raspberry Pi для домашней автоматизации. Шина I2C

Admin — Wed, 02 Sep 2015 16:07:59 GMT

В рассматриваемой системе домашней автоматизации в основном применяются удаленные контроллеры, подключаемые по последовательному порту RS485 через преобразователь интерфейсов UART/RS485 или USB/RS485 к серверу Raspberry Pi. Вместе с тем Raspberry Pi имеет довольно приличный набор собственных портов GPIO (особенно в версии В+), позволяющих подключать различные устройства без дополнительных контроллеров. В качестве примера можно привести использование портов GPIO в режиме дискретных входов и выходов, который был рассмотрен ранее в одной из предыдущих публикаций.

Порты GPIO так же можно использовать и для организации различных интерфейсов – UART, I2C, SPI, 1-wire. Поэтому сегодня познакомимся, как подключить к Raspberry Pi датчик атмосферного давления ВМР085 (рис.1) по шине I2C с помощью фреймворка WebIOPi, который является «движком» нашей системы домашней автоматизации.

Рис.1

До этого при работе с портами GPIO мы обходились только средствами HTML и JavaScript. Но для работы с шиной I2C необходимо задействовать ещё одну составляющую WebIOPi – язык программирования Python, на котором будет написан скрипт для работы с датчиком ВМР085.

Принцип взаимодействия JavaScript и Python в WebIOPi состоит в том, что HTML-страница посредством JavaScript выполняет запрос к макросу (подпрограмме), написанной на Python, а Python в свою очередь возвращает на HTML-страницу полученные данные для их визуализации.

Рассмотрим подключение датчика ВМР085 к Raspberry Pi по шине I2C. Шина I2Cсостоит из двух линий – линии передачи данных и линии синхронизации. В Raspberry Pi это соответственно выводы SDA и SCL разъема портов GPIO. Так же необходимо запитать датчик напряжением +3,3В (выводы 3,3V Power и Ground разъема). Общая схема подключения датчика к Raspberry Pi приведена на рис.2.

Рис.2

Выполним настройки конфигурационного файла config для работы с датчиком ВМР085. Открываем файл командой:

sudo nano /etc/webiopi/config

и в разделе [DEVICES] прописываем:

bmp = BMP085 (рис.3)

Рис.3

Сохраняем изменения в конфигурационном файле (Ctrl+O/Enter), перезапускаем WebIOPi (sudo /etc/init.d/webiopi restart) и вводим в браузере адрес встроенного в WebIOPi монитора девайсов :

http://192.168.1.8:8000/app/devices-monitor.html

Если датчик исправен и подключен правильно, то мы увидим в браузере показания температуры в градусах и атмосферного давления в гектопаскалях (рис.4).

Рис.4

Убедившись, что все подключено правильно и в мониторе девайсов выводятся данные, можно приступать к написанию собственного скрипта на Python и подключения его к HTML-странице (рис.5):

Рис.5

Работа скрипта описана в комментариях. Скрипт необходимо сохранить под именем script.py и скопировать в папку /home/pi/myproject/python

Далее напишем код для HTML и JavaScript, который вызывает макросы со скрипта script.py и выводит полученные значения давления и температуры на HTML-страницу (рис.6).

Сохраняем страницу под именем index.html и копируем ее в папку /home/pi/myproject/html

Затем необходимо снова открыть конфигурационный файл config и в разделе [SCRIPTS] прописать путь к скрипту Python:

myscript = /home/pi /myproject/python/script.py (рис.7):

Рис.7

Сохраняем изменения в конфигурационном файле (Ctrl+O/Enter), перезапускаем WebIOPi (sudo /etc/init.d/webiopi restart) и вводим в браузере адрес http://192.168.1.8:8000/index.html

После загрузки страницы мы должны получить данные давления и температуры с датчика BMP085. Обратите внимание, что значение температуры округлено до десятых долей градуса, а значение давления до целых, причем давление выводится уже не в гектопаскалях, а в более привычных для нас миллиметрах ртутного столба (рис.8).

Рис.8

Рассмотренный код JavaScript можно добавить на любую HTML страницу системы домашней автоматизации. На рис.9 показан пример получения данных с датчика BMP085 на web-странице шестиканального контроллера температуры и влажности. В этом примере HTML страница одновременно работает как с последовательным портом для связи с контроллером, собирающих показания температуры и влажности с шести точек контроля, так и с датчиком атмосферного давления BMP085 (нижняя строка таблицы).

Рис.9

Скрипты JavaScript, Python

Содержание всех статей сайта по теме Raspberry Pi

Raspberry Pi для домашней автоматизации. Контроллер RS485. Версия 2

Admin — Sat, 01 Aug 2015 07:54:47 GMT

Создание данного контролера ставило собой цель применять в системе домашней автоматизации на Raspberry Pi идентичные аппаратные средства для различного назначения. В качестве базовой схемы контроллера была принята схема разработанного ранее контроллера температурного регулирования (термоконтроллера), имеющего пять входов и четыре релейных выхода.

Для использования платы термоконтроллера в качестве обычного контроллера достаточно входы датчиков DS18B20 задействовать в качестве обычных дискретных входов, а резервный вход применить для подключения дополнительных цифровых датчиков. Принципиальная схема устройства показана на рис.1.

Рис.1

Контроллер имеет четыре релейных выхода (К1-К4), к которым можно подключать различные нагрузки, четыре входа (INP1-INP4) для подключения датчиков с двумя состояниями (замкнут/разомкнут) и цифровой вход для датчика температуры и влажности DHT22. Кроме того, этот выход планируется использовать и для других типов датчиков. Датчик является необязательным элементом контроллера, т.е его можно не устанавливать.

Состояние входов и выходов контроллера, показания температуры и влажности, выводятся на дисплей контроллера (рис.2)

Рис.2

В верхней строке дисплея отображаются показания температуры и состояние входов контроллера, в нижней - показания влажности и состояние выходных реле контроллера. На приведенном рисунке входы 2 и 4 замкнуты, 1 и 3 – разомкнуты, реле на выходах 1 и 3 включены, на выходах 2 и 4 – выключены.

В контроллере предусмотрена функция местного управления выходными реле. Это может пригодится, когда необходимо включить/отключить нагрузку непосредственно на месте установки контроллера, а не удаленно через web-интерфейс. Алгоритм местного управления очень простой – для этого достаточно нажать и удерживать кнопку S2. При этом на дисплее последовательно будут показываться сообщения OUT1 ON, OUT1 OFF, OUT2 ON и т.д, сопровождаемые звуковым сигналом (рис.3). При появлении нужного сообщения необходимо отпустить кнопку и включение/выключение выбранного реле будет выполнено.

Рис.3

Адрес контроллера состоит из двухзначного числа в ASCII коде и хранится в последних двух ячейках EEPROM микроконтроллера (ячейка EF – десятки адреса, ячейка FF – единицы адреса). Так же в EEPROM (ячейка F8) хранится последнее установленное значение выходов контроллера. Если произойдет сброс микроконтроллера по сторожевому таймеру или каким-либо иным причинам, эта функция позволит вернуть реле в состояние, в котором они находились до момента сброса.

Расположение ячеек EEPROM показано на рис.4. Здесь адрес контроллера установлен 61 (EF = 36, FF=31), все реле выключены (F8 = 00). Значения в EEPROM записываются на этапе прошивки микроконтроллера 16F876A.

Рис.4

В web-интерфейсе отображается статус соединения сервера с контроллером, текущие дата и время, состояние входов контроллера, кнопки управления и состояние выходных реле контроллера, значения температуры и влажности, получаемые от датчика DHT22 (рис.5).

Рис.5

Необходимо отметить, что самая первая версия контроллера RS485 имеет очень незначительные отличия от рассматриваемой здесь схемы и при необходимости может быть очень легко модернизирована.

Все интересующие вопросы по контроллеру задаем в соответствующем форуме и в комментариях в статье.

Принципиальная схема, печатная плата, прошивка, web-интерфейс

Содержание всех статей сайта по теме Raspberry Pi