Pianificazione di un sistema di automazione domestica fai-da-te: 12 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Lo scopo di questo istruibile non è dirti come puoi fare quello che vorresti che la tua casa facesse. Invece è stato scritto per trasformare un'idea in realtà ma anche trasformare la follia in sanità mentale comprendendo i limiti (tecnologia, costo, tempo richiesto, sicurezza…).

Ci sono un sacco di ottime guide e articoli sul web per capire molte cose in dettagli molto ampi. Questo non è quello che vogliamo. Vogliamo il quadro generale. Quali sono le abilità di base che possiamo apprendere o migliorare. Cosa dovremmo toccare.

Questo copre cose di base come:

• Cos'è la domotica? Prima controlla se corrisponde effettivamente alle tue aspettative.
• Dove iniziare? Abbastanza facile, inizia da dove sei, probabilmente a casa. Lo conosci dentro e fuori?
• Cosa posso fare? Di tutto tranne che devi pianificare e conoscere i tuoi limiti. Ciò include rimanere in vita (lavora ogni giorno, comprese le sere).
• Quali sono i pezzi di questo puzzle? Più complesso, ci sono molte forme ed è molto facile perdere alcuni pezzi. Cercheremo solo di mantenere la nostra sanità mentale.
• Come metterlo insieme? Sta diventando più concreto, in realtà lo stiamo FACENDO. H*ll sì!

Inoltre, questo tutorial è ora disponibile anche dalla mia pagina personale:

Passaggio 1: cos'è la domotica?

Googling "domotica" ha restituito 33 milioni di risultati. Questo è o più che sufficiente o semplicemente troppo.

Il primo risultato, articolo di Wikipedia (ovviamente), afferma:

"La domotica o casa intelligente[1] (nota anche come domotica o domotica) è l'estensione residenziale dell'automazione degli edifici e comprende il controllo e l'automazione di illuminazione, riscaldamento (come i termostati intelligenti), ventilazione, condizionamento dell'aria (HVAC) e sicurezza, nonché elettrodomestici come lavatrici/asciugatrici, forni o frigoriferi/congelatori che utilizzano il WiFi per il monitoraggio remoto. I sistemi moderni sono generalmente costituiti da interruttori e sensori collegati a un hub centrale talvolta chiamato "gateway" dal quale viene controllato il sistema con un'interfaccia utente che interagisce con un terminale a parete, un software per telefoni cellulari, un tablet o un'interfaccia web, spesso ma non sempre tramite servizi cloud di Internet."

Cosa dice?

• Casa intelligente: rendere la casa "consapevole" di se stessa o darle la capacità di fare le cose.
• Residenziale: concentrandosi sul fai da te, non provare a farlo al lavoro:) Sembra essere quello che vogliamo trattare.
• Automazione degli edifici: in effetti, in quanto sfigato pigro, voglio che un computer faccia ciò che non voglio fare da solo. In genere controllando la porta del garage, accendendo/spegnendo il riscaldamento e così via. Grande!
• Interruttori e sensori: guardateli come gli occhi e le dita di casa, senza entrambi non serviranno a molto.
• Hub centrale: Quindi quella casa intelligente ha bisogno di un cervello? Interessante. Un cervello per governare tutte le cose. Quello sarà il controllore.
• Interagito: La casa può avere vita propria ma noi vogliamo farne parte. Questo è il nostro posto. Aspetta, come chattare con una casa? Questi sono i dispositivi/nodi.
• Servizi cloud Internet: non mi piace, qualche macchina da qualche parte non dovrebbe sapere che ho la lavatrice accesa. Ma questo è personale. Non dimenticare "non esiste una cosa come il cloud, è il computer di qualcun altro". Aspetta, un servizio è molto più di un computer. Viaggiare in aereo è più che avere il proprio aereo. Tuttavia, l'aspetto fai-da-te si asterrà dall'aiuto/imbroglio esterno.

Quindi, se riassumiamo, finiamo con: voglio mettere uno schermo per ordinare ai miei elettrodomestici di fare ciò che voglio. Praticamente quello che ci aspetteremmo.

Come promemoria amichevole, non tratteremo aspetti tecnici come protocolli, fornitori, fornitori e simili. Questo è un progetto fai da te. Essendo io stesso un hobbista, non conosco tutti i dettagli degli oggetti che compongono quella galassia. Conoscere la mia casa è da dove voglio iniziare. In quanto tale, condividerò principalmente la mia esperienza personale.

Tuttavia, ignorerò semplicemente tutte le soluzioni in bundle dal mercato poiché non è quello che vogliamo. Questa guida potrebbe comunque tornare utile se vuoi solo esaminare i concetti di base.

Nota: non ci interessano le dimensioni della tua casa. Il limite è il cielo. La maggior parte di questo articolo è stata scritta avendo alcuni dispositivi sulla mia scrivania.

Passaggio 2: il quadro generale

Lista di controllo:

• Hai già qualche idea?
• Elenca cosa vuoi modellare: edificio, pavimenti, stanze, sistemi, elettrodomestici…
• Elenca ciò con cui NON ti senti a tuo agio: forse vuoi saltare le apparecchiature di sicurezza o il controllo degli accessi.
• Metti le priorità: per il vero fai-da-te, sarai solo la maggior parte del tempo. Concentrati sui risultati.
• Valuta i costi: elimina ciò che ritieni sia troppo costoso o non ne valga la pena.
• Valutare le abilità: attualmente non sono in grado di progettare nulla in 3D, tuttavia è un'abilità che vorrei acquisire.

Se sei così lontano, ora dovresti avere una buona idea di ciò che vuoi ottenere. Per questo istruibile assumerò cose sulla mia esperienza:

• La casa ha circa 15 stanze. È abbastanza per "iniziare qualcosa".
• Mi concentrerò sul riscaldamento: monitorare la temperatura e accendere/spegnere il riscaldamento.
• Sto usando cloni D1 Mini economici di Ali Express. Qualche mese fa non avevo nemmeno un saldatore.
• Voglio effettivamente usarlo, cercherò di raggiungere "involucri stampati in 3D installati in casa". Non ancora raggiunto…
• C'è una certa dimensione di "accettazione della moglie". Questo deve essere utile E utilizzabile.

Nota che in passato ho creato un apriporta per garage basato su un Raspberry Pi, un display LCD, una coppia di interruttori e un relè. Alcuni codici Python lo incollano insieme. In una certa misura sono interessato a unire questo in questo istruibile per avere un'architettura adeguata. Fa parte dell'"accettazione della moglie", la domotica dovrebbe essere eseguita da un'unica interfaccia.

Passaggio 3: modellare il tuo posto

Qualche teoria

La domotica presuppone che ci sia un controller autorizzato a sapere tutto. Inoltre inoltrerà i vostri ordini alla casa.

I dispositivi saranno sparsi in tutto il luogo. Meglio sapere dove vuoi che siano.

Una volta che abbiamo un controller intelligente nel posto, deve essere in grado di comunicare con i dispositivi.

Il WiFi è il modo naturale per andare anche se non così comune. Ci sono così tanti protocolli in giro che è difficile da scegliere.

Disclaimer

Sì, sta diventando tecnico, mi dispiace. Voglio comunque mostrare cose reali, quindi abbiamo bisogno di componenti fisici e software. Ancora una volta sto menzionando ciò che sto effettivamente usando. Spiacente, ci sono così tanti modi là fuori per risolvere questi argomenti:-O

Portarlo al livello successivo

Ora ci sono molti modi per comunicare tra "controllore" e i diversi "nodi". Per quanto riguarda la pianificazione, definisci già come dovrebbe funzionare all'interno della tua casa. La definizione del mezzo di comunicazione aiuterà a definire dove posizionare controller e dispositivi.

• Connessioni tra controller e dispositivi: wireless o cablata?
• Alimentazione: da presa a muro, forse a batteria o a carica solare?
• Caso: è un test sul tuo banco, hardware alfa in cui i cavi possono giacere o vuoi integrarlo in mobili/elettrodomestici?

Come spiegato di seguito, per il campione utilizzeremo Homie-ESP8266. Questo è un firmware per controller ESP8266 che utilizzano WiFi e MQTT. È descritto così dal suo autore:

"Un'istanza di un componente hardware fisico (un Arduino, un ESP8266…) è chiamata dispositivo. Un dispositivo ha proprietà del dispositivo, come l'IP locale corrente, il segnale Wi-Fi, ecc. Un dispositivo può esporre più nodi. Per ad esempio, un dispositivo meteo potrebbe esporre un nodo temperatura e un nodo umidità. Un nodo può avere più proprietà del nodo. Il nodo temperatura potrebbe ad esempio esporre una proprietà gradi contenente la temperatura effettiva e una proprietà unità. Le proprietà del nodo possono essere intervalli. Per ad esempio, se si dispone di una striscia LED, è possibile avere un led di proprietà del nodo compreso tra 1 e 10, per controllare i LED in modo indipendente. Le proprietà dei nodi possono essere impostate. Ad esempio, non si desidera che la proprietà dei gradi sia impostabile in caso di un sensore di temperatura: questo dipende dall'ambiente e non avrebbe senso cambiarlo. Tuttavia, vorrai che la proprietà dei gradi sia impostabile nel caso di un termostato."

Riepilogo

Hai bisogno:

• Un controller centrale, che ospita il tuo server di automazione domestica. Userò PiDome su un Raspberry Pi.
• Uno o più dispositivi per monitorare e interagire con la tua casa. Userò D1 Mini e Homie.
• Una rete per connettere tutto questo insieme.
• Decidi come alimentare i dispositivi (batteria, adattatore, da un dispositivo host…). Per i test sto utilizzando la porta USB del computer (e il debug seriale) o un caricatore del telefono.

Passaggio 9: informazioni sul controller…

Parte hardware

Useremo un Raspberry Pi per fungere da padrone di casa. L'RPI si occuperà di:

• Conservare i dati sulla casa
• Aggregazione dei dati dai dispositivi
• Presentare i dati all'utente
• Invio di ordini ai dispositivi

Da un punto di vista hardware, il solo RPi è sufficiente per fare tutto questo. È quasi autonomo e funzionerà felicemente dal tuo seminterrato (Ehi! È il tuo primo data center di casa nel seminterrato?!:-D).

Prendi un pacchetto (RPi, alimentatore, scheda SD…) e sei a posto.

Nota sul WiFi: è possibile eseguire RPi tramite WiFi, tuttavia trovo molto più stabile collegarlo al router di casa utilizzando un cavo RJ45 standard.

Nota su RPi Zero: l'esatta scelta dell'hardware che devi fare dipende da ciò che desideri. Un RPi Zero sembra essere anche più o meno buono come un RPi 3 per questo lavoro. Lo Zero è molto più economico ma richiede molte più piccole parti per portare a termine il lavoro. È comunque la scelta migliore quando si tratta di dispositivi embedded. L'ultimo Raspberry Pi Zero W ora è dotato anche di WiFi e Bluetooth!

Parte software

Essendo l'RPi un computer a scheda singola, è piuttosto limitato in termini di disco/cpu/ram. A questo scopo ci affidiamo a sistemi operativi incentrati su Linux leggeri. Per questo lavoro, Raspbian è probabilmente la nostra scelta migliore in quanto è una specie di sistema operativo predefinito per un RPi.

Parlare di domotica significa che hai bisogno di quel software extra per gestire i dispositivi. La mia scelta è PiDome (download).

Passaggio 10: informazioni sui dispositivi

Parte hardware

I seguenti passaggi si baseranno su Wemos D1 Mini (o cloni più economici:)). Questi micro controller sono basati su moduli ESP-8266. Questo raggruppa su un'unica piccola scheda (34,2 mm * 25,6 mm): WIFI, CPU, RAM, Flash, pin digitali e un pin analogico in un pacchetto da 10 gr. Se hai bisogno di più spazio flash, controlla Wemos D1 Mini Pro. Puoi acquistare schermi per aggiungere relè, DHT22, pulsanti, schermo OLED … Uno di questi è lo scudo della batteria che consente al dispositivo di funzionare completamente in modalità wireless.

Avere alcune mini breadboard senza saldatura e cavi jumper ti aiuterà a prototipare la tua casa a prova di futuro. Se desideri custodie personalizzate per i tuoi dispositivi, la conoscenza della progettazione 3D e l'accesso a una stampante 3D aumenteranno ulteriormente il tuo livello di geek. Ma cosa potrebbe essere la domotica se non si ottengono alcuni sensori, LED, resistori, condensatori e così via?

Ho incluso il mio "dispositivo da ufficio" nella foto, è una semplice breadboard + D1 Mini + DHT22 + schermo OLED. Le cose LED e IR sono attualmente inutilizzate.

Parte software

Poiché ESP-8266 è un chip piuttosto comune, troverai molti schizzi per esso. Sarò solo pigro e userò l'eccellente software Homie per ESP-8266 di Marvin Roger. Tuttavia questo istruibile non è una guida per Homie.

Passaggio 11: custodia dei dispositivi

Gli allegati sono circa quello che ti aspetteresti. Ho già menzionato cose come breadboard, cartone (come il mio modello alfa di Garage Opener), scatole riciclate (il mio Garage Opener in una scatola a vite), scatole di progetto o custodie per stampanti 3D. Come al solito il limite è la tua immaginazione.

Tieni presente che dovrai adattare l'elettronica che intendi distribuire. Non importa quanto grande possa essere, più piccolo significa non andare.

Se monitori elementi ambientali come la temperatura o la luce, assicurati di posizionarlo con saggezza. Mettere un sensore al sole è probabilmente ciò che si vuole prevenire a (quasi) tutti i costi. Il posizionamento di un sensore PIR è la stessa storia, assicurati che la gamma sia corretta e che copra tutto ciò che ti aspetti.

Le ipotesi di seguito si basano su un monitor di temperatura/umidità autonomo, alimentato a batteria.

Un dispositivo tipico dovrà raggruppare:

• Un microcontrollore, per i nostri esempi è un D1 Mini, dimensioni: 34,2 mm * 25,6 mm
• Tra 0 e molti sensori, prendiamo un DHT22: 27 mm x 59 mm x 13,5 mm
• Alimentazione, il D1 Mini richiede 5 V, l'utilizzo di uno scudo batteria sembra un piano: 34,2 mm * 25,6 mm
• Pacco batteria, per lo scudo della batteria, daremo un'occhiata a un pacco batteria al litio da 3,7 V: 40 mm * 25 mm * 6 mm
• Un po' di spazio per cavi, interruttori, LED… Basta prendere alcuni assortimenti da AliExpress (LED, cavi per ponticelli, resistori).

Ancora una volta, scegli il modo in cui ti senti a tuo agio.

Nota per me stesso: è ora di imparare un po' di progettazione 3D:-(

Passaggio 12: parole finali

Quando è arrivato il momento di scrivere questo capitolo finale mi chiedevo "Cosa è stato realizzato?".

La risposta è piuttosto semplice e segue l'argomento: risparmia tempo e pianifica le cose. Questo renderà l'intero progetto molto più coerente. La domotica non è semplice come acquistare una presa di corrente wireless presso il negozio locale. Questo è molto di più.

In questa fase mi chiedo ancora quali sono i risparmi. Ci interessa davvero?

È stato istruttivo? Abbastanza, traguardo acquisito!

Si prega di controllare le altre mie istruzioni, ho intenzione di scriverne di più pratiche. Mi è piaciuto molto prendermi del tempo per scrivere questo.