Меню
ГлавнаяExcel

Raspberry Pi = Умный дом

Сложно игнорировать технологичные новинки, которые уже давно стали частью повседневной жизни. Среди таких привычных вещей, как интернет или смартфоны, особенно выделяется умный дом, помогающий объединить используемые гаджеты и бытовую технику в единую сеть для более комфортного и простого управления. Умный дом легко настроить под собственные потребности, вводы в состав сети новые модули и программируя их на выполнение заданных сценариев. Сенсоры, используемые в процессе управления домом, срабатывают:

  • На звук;
  • На движение;
  • На тепловую энергию.

Простые сенсоры представлены даже в ТРЦ, где они следят за автоматическим открытием дверей и выполняют другие задачи. В то, что умный дом может стать неотъемлемым элементом жизни человека может и сложно поверить, но это действительно так. Чтобы снизить свои трудозатраты и обучить приборы выполнять простые функции самостоятельно, потребуется лишь реализовать проект умный дом, способствующий всему этому.

Принцип работы умного дома

Для автоматизированной техники используется ПО, позволяющее выполнять различные задачи с ее помощью. Программы применяются и в умном доме, расширяя функционал его возможностей. Чтобы запрограммировать работу прибора, следует обладать определенными навыками. Поэтому для начинающих владельцев лучшим выбором станет использование приложений, уже адаптированных под требования обычных пользователей.

Разрабатывая умный дом, можно выбрать один из нескольких вариантов. В первом случае будет использоваться готовое решение, которое останется установить на объекте. Такой вариант требует минимум усилий, но его стоимость значительная. Позволить реализовать такой проект может не каждый. Другим решением остается понимание самой концепции, что позволит в дальнейшем создать и собрать умный дом собственноручно.

Процесс работы зависит от правильности расчётов, выполненных владельцем, что приводит к снижению расходов. Самостоятельно собрать умный дом не сложно, если подойти к делу со всей осторожностью и пониманием. В итоге это сэкономит средства, и позволит получить некоторые навыки обращения с модулями.

Процесс автоматизации умного дома

Заставить приборы, используемыми повседневно, работать по заданному сценарию легко, если использовать для этого соответствующий блок управления. Компанией Raspberry Pi был разработан миникомпьютер, который подходит для решения поставленной задачи. Устройство отличается компактностью и производительностью, а также делает автоматизацию проекта простым и понятным делом. Raspberry отличается невысокой стоимостью, особенно при сравнении с другими производителями, представившими свою продукцию на рынке. Но это не помешало компании предложить действительно качественное оснащение, ставшее популярным. Первоначально компанией разрабатывалось две вариации миникомпьютера:

  • модель А;
  • модель В.

Визуальное оформление и комплектация

Данные устройства находятся под управлением чипсета ARM11 с производительностью в 700 МГц. Различия между вариациями заключаются в объеме памяти на борту. Так изделие B оснащается планкой ОЗУ на 512 Мб, что двукратно превосходит показатели модели А с 256 Мб. В итоге компания пришла к решению выпускать обе вариации одновременно, тем более, что миникомпьютер А имел дополнительные достоинства. Он оснащался портом Ethernet, позволяющим подключиться к сети. Компания продолжила работу над модернизацией своих продуктов, переосмыслив вторую версию компьютера. Это привело к появлению улучшенного варианта В, ставшего еще более компактным, а также получившего стильный дизайн. Из конструктивных наработок стоит отметить наличие 4 разъемов USB, что в 2 раза превышает число портов данного типа для предыдущей версии.

Читайте также: Безопасен ли ваш дом для окружающей среды

Устройство хорошо зарекомендовало себя в сфере создания умных домов. Небольшая цена делает Raspberry отличным выбором для построения всего проекта, а многофункциональность миникомпьютера справляется со сложными задачами. Автоматизация приборов на базе подобного агрегата становится лучшим среди доступных решений.

Raspberry способен контролировать устройства Z-Wave, облегчающие управление домашней техникой. Установка платы RaZberry в миниПК делает блок управления производительным и надежным. Z-Wave представляет современный стандарт для умного дома, выполненного с помощью беспроводного технологического процесса. В результате владелец имеет возможность отказаться от использования дополнительных элементов и расходных материалов, снижая общие затраты. Управлять Z-Wave легко. Поэтому реализовать умный дом способен человек, не имеющий практического опыта в работе над подобными проектами.

Дополнительным преимуществом является возможность модернизировать существующую плату. Так если наблюдается снижение производительности, которой уже недостаточно для работы модулей, то Z-Wave можно модернизировать, используя вспомогательные элементы, как в случае с улучшением стандартного ПК. Выполнение апгрейда исключает необходимость полностью менять устройство.

Контроллер от компании Z-Wave

Если у пользователя недостаточно опыта или свободного времени для выполнения монтажа, то в Z-Wave могут предложить услуги по настройке или установке оборудования в любом регионе РФ. Любые вопросы можно решить с помощью обширной базы данных, находящейся в свободном доступе, либо используя техническую поддержку. Raspberry зарекомендовала себя с лучшей стороны и в сфере видеонаблюдения. Используя плату и стандартную веб-камеру пользователь получает систему, которая способна транслировать изображение в сеть, вне зависимости от расположения устройства слежения. Следить за объектом становится еще проще, так как нет нужды постоянно мониторить ситуацию. Достаточно отследить основные события в конце работы, чтобы узнать о любых происшествий, зафиксированных видеокамерой.

Современный умный дом представляет собой многогранную систему, которая отвечает за выполнение предустановленных задач, а также открывает доступ к действиям, которые основаны на заложенных алгоритмах. Это делает проект более автономным и независимым от команд человека. Умный дом самостоятельно ищет решения в сложных ситуациях, отталкиваясь от полученного ранее опыта.

Разработать такой дом не сложно, особенно при тщательном подходе. В итоге владелец становится получателем огромной пользы благодаря своим нововведениям. Определившись в особенностях автоматизации, можно значительно сократить расход времени, а также экономить энергоресурсы и увеличить безопасность для жителей дома. Удобство определяется выбранными компонентами, на которых базируется проект, поэтому Raspberry станет надежным помощником в деле создания умного дома.

Умный дом на Raspberry Pi

Как известно, многие функции, выполняемые бытовой техникой, можно без больших усилий автоматизировать, а управлять работой оборудования в удаленном режиме становится еще проще. Далее читатель может ознакомиться с тем, как именно разработать свой проект, отталкиваясь от возможностей миникомпьютера Raspberry. Главным вопросом будет разработка контроллера, способного продуктивно отслеживать освещение в каждом отдельном помещении, а также корректировать текущие температурные показатели и другие параметры жизнеобеспечения в доме. Под управлением Raspberry Pi будет находиться и мультимедийное оборудование, а также элементы безопасности дома.

Состав блока управления

Чтобы собрать свой умный дом, для начала потребуется приобрести все компоненты, входящие в минимальную конфигурацию:

  • NodeMCU ESP-12E;
  • Объемный сенсор;
  • Сенсоры температуры;
  • Сенсоры влажности
  • модуль реле;
  • карта памяти;
  • RaspberryPi 3.

Сам процессор, а в данной конфигурации это третья модель, выбирается произвольно, поэтому другая версия будет не менее работоспособной и подойдет для умного дома. Выбор в пользу Raspberry Pi 3 вызван тем, что агрегат комплектуется модулями беспроводной связи. Заменить NodeMCU можно Arduino Nano, либо использовать вспомогательный модуль для вай-фай.

Читайте также: Мультирум от Ростелеком – особенности и преимущества

Компоненты, составляющие блок управления, следует соединить и отрегулировать. Чтобы сократить расход времени и усилий будет выгодно приобрести именно готовое решение, вроде NodeMCU. Силовое элементы выбираются в количестве, задействованном в проекте. Для представленной конфигурации потребуется 3 элемента. Конфигурация сенсоров определяется индивидуально. При желании можно отказаться от объемного сенсора, если его применение не будет иметь логической потребности.

Установка Raspbian

Чтобы справиться с установкой ОС, потребуется посетить официальную страницу компании, где можно всегда найти и загрузить самую свежую версию. Далее выполняется форматирования карты в FAT. По указанным предписаниям выполняем сборку образа под используемую ОС. Остается подключить карту к миникомпьютеру, а также присоединить клавиатуру и экран, в роли которого может выступать ТВ. Процесс загрузки обычно занимает немного времени, после чего можно приступать к настройкам.

Так можно задать собственный пароль и другие параметры. Не стоит менять текущую настройку загрузочного экрана, так как во время работы умного дома графическая часть использоваться не будет. Переходим к изменению хоста, расположенного в пункте Hostname, а также задаем SSH, что позволит с большим комфортом управлять устройством в будущем. Когда все настройки будут применены, останется только перезагрузить устройство, нажав Finish.

Корректировка WIFI

Когда устройство будет перезапущено, следует перейти к интерфейсам, где порядок действий следующий:

  • Прописываем команду sudo nano /etc/network/interfaces;
  • Находим часть iface wlan0 inet manual и заменяем эту строку на iface wlan0 inet static,
  • Не забываем указать собственный статичный айпи-адрес.

Пример проделанной работы выглядит следующим образом:

auto wlan0 allow-hotplug wlan0 iface wlan0 inet static address 192.168.1.150 netmask 255.255.255.0

gateway 192.168.1.1 wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf address, netmask, gateway —

но в вашем случае настройка должна проходить под собственный роутер.

Следующим шагом будет переход к супликанту, где следует указать такую команду

sudo nano /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

Открывшееся окно позволяет ввести все необходимые настройки для беспроводной сети.

Пример настроек:

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev

update_config=1

network={ ssid=» ваш SSID » psk=»ваш пароль» }

sudo ifdown wlan0

Процесс будет выполнен, после чего остается указать

sudo ifup wlan0

ожидаем завершения перезагрузки, вызванной командой

sudo reboot

При условии, что все операции выполнены правильно, в итоге получаем полностью настроенную беспроводную сеть, к которой устройство коммутируется при запуске.

Обновление миникомпьютера

Перед началом дальнейшей корректировки следует справиться с апдгрейдом системы. Последовательность не сложная:

  • вводим sudo apt-get update sudo apt-get upgrade;
  • проверяем текущую версию командой g++-4.9 –v и сверяемся с актуальной;
  • если используемая версия устарела, то вводим sudo apt-get install g++.

Переходим к установке NODE.JS. Данная программа, начиная с четвертой версии, поддерживает ARM. Для того, чтобы поставить NODE.JS, потребуется задать последовательность команд:

  • curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_6.x;
  • sudo -E bash — sudo apt-get install -y nodejs;
  • для проверки текущей версии вводим nodejs –v.

Устанавливаем HOMEBRIDGE

Первым шагом будет установка Avahi и другие компоненты, которые потребуются для работы MDNS. Переходим в командную строку и начинаем вводить такую последовательность

  • sudo apt-get install avahi-daemon avahi-discover libnss-mdns libavahi-compat-libdnssd-dev;
  • sudo npm install -g —unsafe-perm homebridge hap-nodejs node-gyp;
  • cd /usr/lib/node_modules/homebridge/;
  • sudo npm install —unsafe-perm bignum;
  • cd /usr/lib/node_modules/hap-nodejs/node_modules/mdns;
  • sudo node-gyp BUILDENGINE=Release rebuild.

В целях проверки выполняем пробный запуск командой homebridge, а в ответ следует ожидать примерно такую последовательность:

—

config.json (/home/pi/.homebridge/config.json) not found.

Scan this code with your HomeKit App on your iOS device to pair with Homebridge:

│ 031-45-154 │

Homebridge is running on port 44278

Если нечто похожее удалось получить, предыдущие команды были выполнены и применены верно. Как можно видеть из примера, программе не удалось обнаружить config.json, что значит, что его созданием придется заниматься самостоятельно:

  • sudo -i;
  • mkdir /root/.homebridge;
  • touch /root/.homebridge/config.json.

Перечень достижений человека постоянно пополняется новыми разработками. Выдающейся можно назвать разработанную человеком популярную сегодня опцию «Умный дом» на мини-компьютере Raspberry Pi.

Упоминаемая система после своего выхода на рынок практически сразу влюбила в себя многих владельцев домов. Именно поэтому спрос на систему «умный дом» на Raspberry pi стал активно возрастать с каждым годом. Хотите выяснить, чем так уникален Raspberry pi 3 умный дом и почему именно эту систему сегодня во многих домах устанавливают? Изучите нижеизложенный материал.

Что представляют собой проекты Raspberry pi 3 для дома и зачем они нужны?

Система «умный дом», которую изобрела компания Raspberry Pi, позволяет контролировать абсолютно все в доме: начиная от включения света и отопительной системы и заканчивая активацией систем, которые имитируют присутствие в доме человека.

Слаженная работа всех звеньев системы базируется на датчиках и спецконтроллерах, которые реагируют на движения, шум, а также энергию.

Система умный дом от известной многим компании «Raspberry Pi» столь востребована сегодня благодаря тому, что она может легко собираться, как простой конструктор. Функционировать он может при этом на разных ядрах. Одной из наиболее покупаемых сегодня является система, функционирующая на базе мини-компьютера Raspberry.

Изначально компания предложила две комплектации мини-компьютеров - модель А и модель В. Модель А располагала объемом памяти в 256 Мб, а модель В могла сохранять в два раза больше информации. Но модель с небольшим объемом памяти не сняли с производства потому, что она позволяла пользователю выходить в Интернет. Позже была обновлена модель В. Новый её вариант отличался более компактным дизайном и располагал 4 USB-портами.

Как система функционирует?

Структура системы может быть разной. Но обычно построение её происходит по такому принципу: главным является центральное вычислительное устройство (его еще называют сервером). В качестве центрального системного сервера выступает Raspberry Pi , на который устанавливается WEB-интерфейс. Последний может легко связываться с ноутбуком, планшетом либо же смартфоном.

Сервер связывается с периферийными спецмодулями посредством RS485 - интерфейса. Чтобы система слаженно работала, в каждом ключевом помещении домовладения всегда устанавливают спецконтроллер, задача которого - интерпретировать поступающие сигналы и отправлять их на устройства бытовой техники, которые в этой связи являются устройствами-исполнителями.

Обычно модуль Raspberry Pi связывается с контроллерами через порт UART. К последнему следует подключать такое согласующее устройство, как спецпереходник на интерфейс RS485 (следует подчеркнуть, что последние модели устройства уже располагают этим интерфейсом, так как его подразумевает базовая комплектация).

«Операционкой» является Raspberry, спутником которой может быть расширение, например, Pimatic. Совсем несложно собрать спецсистему «умный дом» на «открытой платформе», к примеру, openHAB, Fhem, SHC. Также популярной продолжает оставаться платформа wiButler.

Модули, которые можно выбрать для выстраиваемой своими руками системы «умный дом»

Чтобы выстроить спецсистему и сделать ее максимально функциональной, потребуются особые модули. Для тех, кто любит мастерить и хочет создать Raspberry pi 3 умный дом своими руками, предлагаются сегодня такие модули, как:

  • Модуль камеры. Подключив его, систему можно рассматривать, как удобный инструмент для видеонаблюдения. Данная камера совместима с «операционкой» мини-компьютера Raspberry. Она позволит записывать видеофрагменты в разрешении Full HD и делать отличные 5-мегапиксельные фото.
  • Датчик, измеряющий влажность, а также температуру воздуха. При установке этого модуля, система будет обрабатывать метеоданные.

  • Датчики дыма, а также датчики, сигнализирующие о протечке воды. Данный установленный и подключенный модуль поможет своевременно реагировать на появление дыма в доме и выявлять протечку воды. Многие владельцы больших коттеджей выбирают эту опцию для того, чтобы максимально обезопасить свой дом от неприятных сюрпризов.
  • Датчик движения, совместимый с Raspberry Pi. Данный модуль возможно использовать для того, чтоб лампы домашние включались при малейших замеченных движениях в любой зоне домовладения.

Преимущества Raspberry Pi 3 по сравнению с ранее выпущенными версиями

Преимуществ у последней прогрессивной версии Raspberry Pi 3 много:

  • Устройство имеет много интерфейсов. Последняя версия располагает Bluetooth 4.1, Wi-Fi 802.11n, Lan, 4 USB, а также HDMI. Также имеется возможность подключить GSM-модем для выхода на связь с официальным мобильным оператором, который занимается предоставлением услуг интернет-доступа.
  • Raspberry Pi 3 имеет мощный четырехъядерный 1,2 ГГц процессор.
  • Последняя версия совместима с предыдущими.

Плюсы и минусы системы «умный дом» от фирмы Raspberry Pi

Для человека, который желает сделать свою жизнь комфортнее и безопаснее, система «умный дом» Raspberry Pi 3 является разумным решением. Подводя итог всему вышесказанному, можно выделить четыре важных преимуществ «умного дома».

  • Возможность максимально обезопасить свой дом за счет контроля протечек, установленного видеонаблюдения, охранной, а также противопожарной системы.
  • Возможность установки системы, помогающей экономить (речь идет о датчиках движения, смесителях сенсорного типа, датчиках, фиксирующих движение).
  • Возможность установки систем, повышающих уровень комфорта (спецсистемы управления шторами, электроприборами).
  • Возможность установки интеллектуальных развлекательных спецсистем (речь идет о системе мультирум, спецсистеме «домашний кинотеатр»).

Наряду с плюсами, есть у системы «умный дом» и несколько незначительных минусов:

  1. Систему целесообразно покупать только для большого загородного дома.
  2. Важно разбираться в каждом элементе системы (или иметь всегда под боком разбирающегося в этом вопросе человека), так как из-за своей сложности система в любой момент может выйти из строя.
  3. Так как прогресс галопирующими темпами продвигается вперед, через пять-семь лет и эта прогрессивная система устареет, поэтому есть риск того, что с продажи могут исчезнуть важные ее компоненты.

Как видим, плюсы уверенно перекрывают минусы. Поэтому если есть желание купить систему «умный дом» для загородного коттеджа, не стоит отказываться от этой идеи.

Рисунок 1. Блочная диаграмма аппаратной части системы

Описание процесса монтажа аппаратной части системы занимает много времени, но является достаточно простым. В первую очередь следует соединить блок питания с стенной розеткой с помощью удлинителя, отрезав розетку это удлинителя. Зачистите провода и закрепите их с помощью винтов в терминалах блока питания. Далее соедините Raspberry Pi с блоком питания, отрезав разъем типа A от кабеля USB и соединив провода с соответствующими выводами блока питания, и вставьте разъем micro USB в разъем питания RPi. После этого следует зачистить оба конца двух жил гибкого кабеля и соединить их с соответствующими терминалами с обозначениями GND и JDVcc блока питания и блока реле. Наконец, следует удалить джампер, соединяющий вывод с обозначением JDVcc с выводом с обозначением Vcc. В том случае, если вы не удалите этот дампер, на предназначенные для напряжения 3.3 В выводы RPi будет подано напряжение в 5 В, которое с высокой вероятностью выведет компьютер из строя.

Теперь, когда питание подведено ко всем терминалам, следует соединить линии IN1-IN8 модуля реле с соответствующими выводами разъема GPIO с помощью гибкого кабеля таким образом, как показано на Рисунке 2. Представленный в данной статье код был разработан для случая, когда выводы IN1-IN7 соединены с выводами GPIO1-GPIO7. В том случае, если вы решите соединить данные выводы по-другому, вам придется модифицировать соответствующим образом ваш код.

Схема расположения выводов разъема GPIO Raspberry Pi приведена на Рисунке 2. На порты ввода-вывода Raspberry Pi подается напряжение 3.3 В, а модуль реле работает с напряжением 5 В. Однако, реле изолированы от выводов GPIO Raspberry Pi при помощи оптопар. На оптопары может подаваться напряжение 3.3 В с вывода Vcc. На вывод Vcc модуля реле может быть подано напряжение 3.3 В с разъема GPIO Raspberry Pi. Убедитесь в том, что вы убрали джампер, замыкающий выводы Vcc и JDVcc модуля реле. На вывод JDVcc должно подаваться напряжение 5 В для корректной работы реле. Рассматриваемый модуль реле размыкает контакты в активном состоянии. Из этого следует, что вы должны заземлить терминалы IN1-IN8 для включения реле.

Рисунок 2. Схема расположения выводов разъема GPIO Raspberry Pi

Предупреждение: проявляйте особую осторожность при соединении аппаратных компонентов системы. Последствия поражения электрическим током могут оказаться фатальными!

Обрежьте остатки кабелей удлинителей с вилками и закрепите провода в соответствующих терминалах модуля реле. Также подключите провода кабеля, который впоследствии будет связывать систему со стенной розеткой, к соответствующим терминалам модуля реле. Вся аппаратная часть системы может быть размещена в пенале или аналогичном контейнере. Подумайте о корпусе заранее, чтобы по окончании работы над аппаратной частью системы избежать необходимости в отсоединении и повторном присоединении проводов к терминалам модуля реле. Кроме того, я вставил несколько закрепляемых с помощью винтов зажимов для кабелей в соответствующие отверстия корпуса для ограничения натяжения кабелей (Рисунок 3).

Рисунок 3. Монтаж аппаратной части системы

Программное окружение

Я начал создание своего программного окружения с установки образа операционной системы Raspbian. Перед началом установки образа операционной системы вам потребуется подготовить дисплей, поддерживающий передачу изображения по HDMI, клавиатуру и мышь с разъемами USB, а также сетевой кабель для соединения с системой по протоколу Ethernet. Также вы можете установить соединение с системой посредством адаптера Wi-Fi. Создайте загрузочную SD-карту для первой загрузки системы в соответствии с инструкциями, приведенными на ресурсе http://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-image . В процессе первой загрузки системы установщик осуществит настройку операционной системы и разместит данные из ее образа на всем доступном пространстве карты памяти. После первой загрузки вы должны иметь возможность входа в систему с помощью стандартных данных учетной записи пользователя (имя пользователя "pi" и пароль "raspberry").

Обновление системы является разумным действием, которое должно выполняться сразу же после успешного входа в систему. Образ операционной системы Raspbian базируется на пакетах программного обеспечения дистрибутива Debian и использует приложение aptitude в качестве менеджера пакетов программного обеспечения. Кроме того, вам понадобятся пакеты программного обеспечения с именами python , pip и git . Я также мог бы порекомендовать установку Webmin для упрощения процесса администрирования системы. Инструкции по установке Webmin приведены на ресурсе http://www.webmin.com/deb.html (следуйте рекомендациям, приведенным в разделе "Using the Webmin APT repository"):

Sudo apt-get update && sudo apt-get dist-upgrade sudo apt-get install python python-pip git git-core

После этого вам придется настроить соединение с использованием адаптера Wi-Fi. Вы можете найти подробные инструкции на ресурсе http://www.raspberrypi.org/documentation/configuration/wireless . Я рекомендую использовать вариант wicd-curses . На данном этапе вы можете изменить параметры настройки Raspberry Pi с помощью команды sudo raspi-config . После ввода данной команды вы получите доступ к удобному графическому интерфейсу, который позволит вам установить значения таких параметров, как объем оперативной памяти, разделяемой с графическим процессором, параметры быстродействия центрального процессора, режим использования графического интерфейса в процессе загрузки и других.

Другим полезным инструментом является интегрированная среда разработки Cloud 9 IDE . Cloud 9 IDE позволит вам редактировать свой код на уровне Raspberry Pi посредством веб-браузера. Данная интегрированная среда разработки также предоставит вам доступ к интерфейсу командной строки в рамках веб-браузера. Вы можете разрабатывать и исполнять любой код, не покидая свой веб-браузер. Интегрированная среда разработки Colud 9 IDE требует наличия определенной версии фреймворка NodeJS. Использование неподдерживаемой версии фреймворка повлечет за собой постоянные аварийные завершения работы сервера Cloud 9, которые могут привести любого пользователя в уныние. Инструкции по установке фреймворка NodeJS на компьютер Raspberry Pi приведены на ресурсе http://weworkweplay.com/play/raspberry-pi-nodejs .

Программное обеспечение

Я решил создавать пользовательский интерфейс своей системы с использованием технологий HTML5, CSS3 и JavaScript. Комбинация трех упомянутых технологий является мощным инструментом для создания пользовательских интерфейсов. Язык программирования JavaScript позволяет использовать простой API для взаимодействия с серверами. Кроме того, существует множество библиотек для языка программирования JavaScript, таких, как JQuery, Bootstrap и других, из которых можно выбрать наиболее подходящую. HTML5 предоставляет API WebSocket, позволяющее веб-браузеру поддерживать соединение в рабочем состоянии и осуществлять обмен данными посредством этого соединения. Это обстоятельство делает API WebSocket особенно полезным для реализации динамических приложений и приложений для потоковой передачи данных, таких, как игры и чаты. Каскадные таблицы стилей CSS полезны для стилизации различных элементов страницы HTML. В случае корректного использования они позволяют создавать динамические пользовательские интерфейсы путем изменения стилей элементов страниц при наступлении тех или иных событий. Для данного проекта я выбрал фреймворк JQuery для обработки событий, Bootstrap CSS для размещения кнопок в форме сетки и язык программирования JavaScript для реализации механизмов обмена данными на основе API WebSocket.

Библиотеки

Серверное приложение, работающее на уровне Raspberry Pi, должно управлять состоянием выводов разъема GPIO платы Raspberry Pi. Оно также должно предоставлять интерфейс HTTP для передачи данных графического интерфейса и интерфейс WebSocket для передачи сообщений с командами и данными состояния. Готового к установке серверного приложения с такими специфическими функциями попросту не существует, поэтому я принял решение о создании своей собственной реализации сервера с использованием языка программирования Python. Для упрощения разработки описанного серверного приложения с использованием языка программирования Python доступны модули с реализациями методов для работы с интерфейсом GPIO Raspberry Pi, для создания сервера HTTP и для работы с интерфейсом WebSockets. Так как все перечисленные модули предназначены для выполнения поставленных задач, мне пришлось разработать минимальный объем кода.

Однако, упомянутые модули не включены в комплект поставки интерпретатора Python и должны устанавливаться отдельно. В первую очередь вам понадобится модуль для управления состоянием выводов разъема GPIO Raspberry Pi. Простейший способ изменения состояния выводов данного разъема заключается в использовании библиотеки RPi.GPIO, доступной по адресу https://pypi.python.org/pypi/RPi.GPIO . Вы можете установить соответствующий модуль с помощью следующей команды:

Sudo pip install RPi.GPIO

Работа с модулем RPi.GPIO не связана с какими-либо сложностями. Вы можете найти примеры использования данного модуля по адресу . На первом шаге работы с модулем необходимо осуществить импорт его кода в код проекта. После этого вам придется выбрать режим работы. В качестве идентификатора режима работы может использоваться либо константа GPIO.BOARD, либо константа GPIO.BCM. Выбор режима работы обуславливает использование чипа BCM или выводов разъема ввода-вывода при ссылках на номера выводов во всех последующих командах. Далее следует указать, используются ли выводы из рассматриваемого разъема для ввода или вывода. Теперь вы можете использовать выводы данного разъема по назначению. Наконец, вам придется осуществить вызов метода cleanup() для сброса состояния выводов разъема GPIO. В Листинге 1 показан простейший пример использования модуля RPi.GPIO.

Листинг 1. Использование модуля RPi.GPIO

Import RPi.GPIO as GPIO # импортирование кода модуля в код проекта GPIO.setmode(GPIO.BOARD) # указание на то, что нумерация используется для обозначения выводов разъема GPIO.setup(0, GPIO.IN) # указание на то, что канал 0 будет использоваться для ввода GPIO.setup(1, GPIO.OUT) # указание на то, что канал 1 будет использоваться для вывода var1=GPIO.input(0) # чтение состояния канала 0 GPIO.output(1, GPIO.HIGH) # установка логической единицы на канале 1 GPIO.cleanup() # сброс состояния выводов разъема GPIO.

Умный дом, построенный на базе Raspberry Pi 3 - многофункциональный комплекс, позволяющий контролировать и управлять всеми элементами вашего песта проживания, будь то квартира, дача или частный дом. Под его «руководством» работают многие элементы, начиная от лампочек в помещениях, заканчивая системой отопления и запуском систем, распознающих присутствие человека.

Особенность системы заключается в слаженной работе всех компонентов, надежности и сравнительной легкости настройки.

Каков принцип работы умного дома? Какие характеристики и возможности актуальны? Что учесть при настройке и подготовке к работе? Как собрать систему умный дом на базе Raspberry Pi 3? Эти и другие вопросы рассмотрим ниже.

Принцип работы

Умный дом на базе Raspberry Pi 3 популярен, благодаря легкости сборки, в том числе для людей без специального опыта. Основой всей системы является небольшая материнская плата, в которую производитель заложил огромный потенциал.

Первоначально компания продавала две комплектации прибора - модели А и В. Первая отличалась объем памяти размером в 256 МБ, а вторая в два раза большим ее размером.

Модель А какое-то время была в продаже, благодаря наличию доступа к глобальной сети, но после обновления до версии «В» в первом варианте отпала необходимость. Новая версия отличалась компактностью и наличием четырех портов USB.

Построение умного дома на основе Raspberry Pi 3 зависит от предпочтений владельца. Вне зависимости от этого, принцип работы остается неизменным:


При желании система умный дом может быть собрана на платформе «открытого» типа, к примеру, Fhem, openHAB, SHC. Не менее востребованный вариант - применение платформы wiBulter.

Где применяется Raspberry Pi 3 Model B

Сфера применения умного дома на базе Raspberry Pi ограничивается только познаниями установщика и пожеланиями владельца дома. Здесь возможны следующие варианты:


Возможности умного дома на Raspberry Pi позволяют использовать конструкцию в качестве приставки, домашней метеостанции, охранной системы или планшета. Возможности применения почти не ограничены.

Особенности и характеристики Raspberry Pi 3 Model B

Устройство представляет собой компактный компьютер, имеющий размеры пластиковой карты банка. На чипе установлено необходимое оборудование для работы - CPU, «оперативка», HDMI-разъем, USB и композитный выход. Также имеется Ethernet-разъем, беспроводная связь и блютуз.

В блоке Raspberry Pi 3 Model B предусмотрено четыре десятка вводных и выводных контактов базового назначения. Они предназначены для подключения периферийных устройств, нуждающихся во взаимодействии с остальными элементами внешнего мира. Речь идет о коммутации с сенсорами и исполнительными изделиями, работающими от сети.

Базовая ОС для умного дома на Raspberry Pi 3 - Linux. Операционная система инсталлируется на карту памяти типа microSD, которая устанавливаемся в специальном разъеме платы.

Многие ранее работали только с Windows и бояться Linux. В этой ОС нет ничего необычного. Она проста в пользовании и отличается высоким уровнем безопасности. Если при установке допущены ошибки в настройке, их легко исправить путем восстановления образа.

Версия Raspberry Pi 3 Model - более продвинутый вариант второй модели. Новая плата отличается полной совместимостью с прошлой версией, но отличается большей производительностью и дополнительными средствами для подключения:

  1. Появилась беспроводная связь Wi-Fi серии 802.11n и блютуз 4.1.
  2. Предусмотрен процессор с четырьмя ядрами (тип - ARM Cortex-A53). Частота работы составляет 1,2 гигагерца. В основе лежит однокристальный чип типа Broadcom BCM

В CPU предусмотрена архитектура ARM v53. Это позволяет использовать любую операционную систему, к примеру, Ubuntu или Windows 10.

Применение 4-ядервного чипа гарантирует рост мощности изделия на 50-60 процентов (если сравнивать со второй модель) и на 1000 процентов в сравнении с первым Raspberry Pi.

Благодаря этой особенности, мини ПК открывает еще больше возможностей по созданию сложных проектов умного дома, что на фоне доступа к Сети открывает почти безграничные перспективы.

Новая модель Raspberry Pi 3 наделена «оперативкой» на 1 ГБ. Часть этой памяти применяется графической подсистемой. Что касается графической части, здесь установлен 2-ядерный CPU VideoCore IV.

Система поддерживает разные стандарты типа OpenGL ES 2.0, VC-1, OpenVG, MPEG-2. Дополнительные возможности - способность кодировать, раскодировать и выводить полноэкранное видео формата HD на экран. Параметры видео - 1080p, 60 FPS, H.264.

Периферия

Неизменный плюс системы заключается в возможности подключения ТВ или дисплея с помощью HDMI-выхода. Разрешение можно менять в диапазоне от 640*350 до 1920*1200. Выход композитного типа имеет два режима работы - NTSC и PAL. Для коммутации колонок и наушников предусмотрено 3,5-миллиметровое гнездо.

Дополнительные плюсы умного дома на базе Raspberry Pi 3 - порты USB, соединенные внутренним хабом. При необходимости можно подключить мышь и клавиатуру.

На устройстве предусмотрена возможность экономии ресурсов ЦП. Для этого на Raspberry Pi 3 модели имеются 15-пнинковые разъемы. Среди них - CSI-2, используемый для подключения камеры, и DSI для коммутации экрана.

Имеется ряд интерфейсов низкого уровня, а именно питающие пины (3 и 5 Вольт, а также «земля), 40 портов для общего ввода и вывода, SPI с возможностью выбора, серийный UART и I 2 C/TWI.

Для подключения к умному дому на базе Raspberry Pi 3 модели B предусмотрен блютуз 4.1, Wi-Fi 802.1 n и Ethernet (10/100 Мбит). В последнем случае выход обустроен на обычном разъеме типа RJ-45.

Питающая часть и размеры

На изделие подается напряжение 5 В, поступающее от специального адаптера через питающие пины или microUSB-разъем. Для надежности лучше применять источник, имеющий I от 2-х ампер и более. В этом случае появляется возможность для подключения к портам USB более мощных изделий.

Аппаратного выключателя, обеспечивающего подачу напряжения, на плате нет. Активация мини ПК происходит посредством включения шнура в розетку, а для отключения используются базовые функции ОС.

Размеры платы всего 8,5*5,4 см. В ней помещаются необходимые порты, часть из которых слегка выступает за общие габариты (на несколько миллиметров).

ПО

В умном доме на базе Raspberry Pi 3 Model B отсутствует привычный жесткий диск, поэтому «операционка» устанавливается на выносном носителе (карте памяти). Ее необходимо заранее подготовить и поставить.

При наличии нескольких карт памяти можно использовать разные образы для системы умного дома. Стоит учесть, что карта памяти в комплектацию не идет, поэтому ее придется докупать самостоятельно. Желательно брать microSD с емкостью от 4 ГБ и более.

Базовые параметры:

  • CPU: 64 бита 4 ядра. Тип - ARM Cortex-A53. Частота - 1,2 ГГц. Чип однокристаллический BCM2837;
  • Оперативка - один гигабайт LPDDR2 SDRAM;
  • цифровой HDMI-выход на видео;
  • аудио-выход на 3,5 мм (4 pin);
  • порты USB типа 2.0×4;
  • сетевое обеспечение - Wi-Fi11n, 10/100 мегабайт RJ45 Ethernet;
  • для подключения дисплея - Display Serial Interface (DSI);
  • блютуз - Bluetooth 4.1, Low Energy;
  • для подключения видеокамеры - MIPI Camera Serial Interface (CSI-2);
  • слот для MicroUSD;
  • 40 портов ввода-вывода;
  • размеры - 8,6*5,6*1,7 см.

Преимущества Raspberry Pi 3 Model B

Умный дом на базе Raspberry Pi 3 Model B имеет ряд неоспоримых плюсов:

  1. Наличие большого выбора интерфейсов, позволяющих максимально расширить возможности системы. Здесь предусмотрен блютуз, имеется Wi-Fi, порты HDMI и USB.
  2. Возможность подключения модема GSM для выхода на связь с оператором, предоставляющим услуги глобальной сети.
  3. Наличие мощного процессора с четырьмя ядрами на 1,2 ГГц, способного решать серьезные задачи.
  4. Полная совместимость новой и предыдущей версии.
  5. Компактность. Устройство имеет небольшие размеры, а весит всего 45 грамм.
  6. Доступность разгона. При желании доступно увеличение производительности системы.
  7. Легкость применения. Программирование Raspberry Pi 3 Model B можно осуществлять на разных языках.

Также стоит выделить ряд преимуществ умного дома, построенного на базе Raspberry Pi 3 Model B:

  1. Возможность обезопасить здание путем защиты от потопа, установки видеонаблюдения, создания противопожарной и охранной систем.
  2. Установка систем, повышающих комфорт. Речь идет об электрических приборах, а также специальных устройствах, управляющих шторками.
  3. Возможность инсталляции системы, обеспечивающей дополнительную экономию. Применяются сенсорные смесители, датчики движения, а также датчики, фиксирующие перемещение человека или животных.
  4. Доступность инсталляции развлекательных специальных систем. К примеру, к умному дому на Raspberry Pi 3 Model B можно подключить мультирум или домашний кинотеатр.

Для полноты картины стоит учитывать и ряд минусов, характерных для умного дома на Raspberry Pi 3 Model B:

  1. Монтаж таких устройств подойдет для крупных особняков, расположенных вне черты города и имеющих большую площадь.
  2. Для установки нужно знать особенности и правила применения каждого из элементов. В крайнем случае, под рукой желательно иметь квалифицированного специалиста, готового в любой момент помочь в интересующем вопросе.
  3. Со временем умный дом, построенный на Raspberry Pi 3 Model B, устареет. По этой причине возможны трудности с поиском необходимых компонентов (в случае поломки).

В целом, устройство имеет больше положительных качеств, поэтому заслуживает внимание людей, желающих обустроить комфортный и удобный в эксплуатации дом.

Модули, которые можно использовать

Для расширения функциональности умного дома на Raspberry Pi 3 Model B можно использовать дополнительные модули. Их применение расширяет число доступных опций и позволяет создать уникальную систему, обеспечивающую максимальное удобство:

  1. ВИДЕОКАМЕРА . Подключение этого модуля позволяет дополнить умный дом системой видеонаблюдения. Камера совмещается с операционной системой небольшого ПК Raspberry Pi 3 Model B. После установки устройства можно фиксировать видео в разрешении Full HD и делать фотографии с разрешением в 5 МП.
  2. ДАТЧИКИ ДЫМА И ВОДЫ . Установка этих модулей позволяет защитить имущество от пожара и протечки соответственно. Для владельцев больших домов это полезная опция, позволяющая избежать неприятностей. В случае задымления или потопа система оперативно информирует владельца о наличии проблем.
  3. ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА . С помощью таких модулей можно превратить умный дом на базе Raspberry Pi 3 Model B в метеостанцию с подробными сведениями о ситуации за окном и внутри помещения.
  4. ДАТЧИК ДВИЖЕНИЯ . Подключение устройства позволяет автоматически включать и отключать свет в помещениях. Датчик движения полезен на улице, в гараже, в коридоре и других нежилых помещениях.
  5. МОДУЛЬ БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ . Для объединения внешних устройств и контроллера можно использовать приемник и передатчик, работающие на частоте 433 Гц. При наличии средств можно купить более прогрессивный вариант устройства - Z-Wave Fibaro Home Center

Применение указанных датчиков расширяет возможности умного дома и повышает уровень его защиты.

Первые настройки и подготовка к работе

Для начала стоит ознакомиться с инструкцией и рекомендацией производителя относительно применения устройства. Стоит убедиться в наличии необходимых датчиков и спланировать их подключение. Плата установлена в специальной коробке, защищающей изделие от механических воздействий. Устройство не люфтит и выглядит весьма солидно.

После снятия верхней крышки можно получить доступ к плате. Единственная трудность заключается в подключении бокового разъема. Для удобства рекомендуется покупать угловой шлейф.

Дополнительно покупается два радиатора, предназначенные для охлаждения контроллера Ethernet и основного чипа.

Есть и другие решения.

Для первого пуска потребуется карта памяти, с установленной на нее операционной системой. Минимальный размер флешки должен быть от 4 Гб и более. Образ ОС доступен в Интернете (ссылка на скачивание ниже). Также потребуется программа Win32 Disc Imager.

После скачивания образа на ноутбук его необходимо распаковать из архива, после чего вставить карту памяти в кардридер. Далее запускается уже установленная программа Win32 Disc Imager.

Как только работа завершена, с помощью программы выбирается образ и записывается на флеш-накопитель.

Сборка системы умный дом

Во избежание проблем приведем подробную инструкцию по сборке системы и подготовки ее к работе. Алгоритм действий имеет следующий вид:

  1. Вход на официальный сайт устройства Raspberry Pi 3 Model B и скачивание требуемой версии ОС.
  2. Покупка и форматирование карты памяти Micro SD. Загрузка на ее образа ОС.
  3. Установка карты в разъем материнской платы для установки ОС.

На этом настройка Raspberry Pi 3 Model B завершена.

  1. Инсталляция Node JS. Прохождение этого этапа потребуется для полноценной работы NodeMCU ESP-12E.
  2. Установка Homebridge и настройка автоматического пуска с Root-правами (устройство должно запускаться после включения Raspberry Pi 3 Model B).
  3. Подключение внешних модулей по специальной схеме.

После завершения указанных работ необходимо зайти в мобильный телефон и открыть приложение Home. После этого стоит добавить платформу Raspberry Pi.

Владелец управляет освещением, знает точную информацию о влажности и температуре, получает сведения о наличии протечки или задымлении (при появлении таких проблем).

Это лишь часть возможностей умного дома на Raspberry Pi 3 Model B, которые получает владелец.

Перейдя посылке можно ознакомиться с полной .

Что может получиться смотрите на видео.

Итоги

Умный дом на базе Raspberry Pi 3 Model B - удобная альтернатива уже существующих и более дорогостоящих устройств. Особенность платформы заключается в компактности, возможности расширения функционала и небольшой цене. К ней можно подключить разные внешние модули, не переживая о проблемах с совместимостью.

Несмотря на временные затраты, результатом труда является мощная и удобная система, обеспечивающая полную автоматизацию дома. В дальнейшем к ней можно подключить мультимедийные и иные устройства.

Введение

Данный проект берет свое начало в 2014 году, когда передо мной встала задача обеспечить удаленное управления обогревательными приборами в своем загородном доме. Дело в том, что практически каждые выходные мы с семьей проводим на даче. И если летом мы, задержавшись по тем или иным причинам в городе, приехав в дом могли сразу лечь спать, то зимой, когда температура опускается до -30 градусов, мне приходилось тратить по 3-4 часа на протопку дома. Я видел следующие пути решения данной проблемы:

    "Неумное решение" - можно оставлять включенными обогреватели со встроенными термостатами на минимальной температуре поддержания тепла. Собственно ничего "умного" в этом решении нет, но 24/7 работающие обогревательные приборы в деревянном загородном доме не внушают доверия. Хотелось хотя бы минимального контроля над их состоянием, автоматизации и какой-нибудь обратной связи;

    GSM-розетки - данным решением пользуются мои соседи по дачному участку. Если кто-то не знаком с ними, то это просто управляемый посредством SMS команд переходник, который включается в розетку, а сам обогреватель включается в него. Не самое бюджетное решение, если нужно обеспечить обогрев целого дома - ссылка на маркет . Я вижу его как самое простое и менее трудозатратное в реализации, но имеющее минусы в процессе эксплуатации, такие как: целый ворох сим карт и работы по поддержанию их положительного баланса, так как для каждой комнаты нужен минимум один обогреватель, ограниченность и неудобства их контроля по средствам SMS;

  1. "Умный дом" - собственно решения, построенные на реализации "умного дома".

Как наиболее перспективное решение мною был выбран третий вариант и следующим вопросом на повестке дня стал - "Какую платформу для реализации выбрать?".


Уже не помню сколько я потратил время на поиски подходящих вариантов, но в итоге из бюджетных и доступных в магазинах решений я нашел системы: NooLite и CoCo (сейчас уже переименовали в Trust). При их сравнении решающую роль для меня сыграло то, что у NooLite есть открытое и задокументированное API для управления любыми его блоками. На тот момент необходимости в нем не было, но я сразу отметил, какую гибкость в дальнейшем это может дать. Да и цена у NooLite была существенно ниже. В итоге я остановил свой выбор именно на NooLite.

Реализация 1 - автоматизация NooLite

Система NooLite состоит из силовых модулей (под разные типы нагрузок), датчиков (температура, влажность, движение) и управляющего ими оборудования: радио пульты, настенные выключателей, USB-адаптеров для компьютера или Ethernet-шлюза PR1132. Все это можно использовать в различных комбинациях, соединять их между собой напрямую или управлять через usb-адаптеры или шлюз, подробнее об этом можете почитать на официальном сайте производителя.


Для моей задачи центральным элементом умного дома я выбрал Ethernet-шлюза PR1132, который будет управлять силовыми блоками и получать информацию с датчиков. Для работы Ethernet-шлюза необходимо подключить его к сети кабелем, поддержки Wi-Fi в нем нет. На тот момент у меня в доме уже была организована сеть, состоящая из WiFi-маршрутизатора Asus rt-n16 и USB--модема для доступа к интернету. Поэтому весь монтаж NooLite для меня заключался лишь в том, чтобы подключить шлюз кабелем к маршрутизатору, расположить в доме радиодатчики температуры и смонтировать силовые блоки в центральном электрощитке.


У NooLite есть ряд силовых блоков для разной подключаемой нагрузки. Самый "мощный" блок может управлять нагрузкой до 5000 Вт. Если требуется управление большей нагрузкой, как в моем случае, то можно сделать подключение нагрузки через управляемое реле, которым, в свою очередь, будет управлять силовой блок NooLite.




Схема подключения



Ethernet-шлюза PR1132 и маршрутизатор Asus rt-n16



Беспроводной датчик температуры и влажности PT111



Электрощиток и силовой блок для наружного монтажа SR211 - в дальнейшем вместо этого блока я использовал блок для внутреннего монтажа и поместил его прямо в электрощитке


Ethernet-шлюз PR1132 имеет web-интерфейс через которой осуществляется привязка/отвязка силовых блоков, датчиков и управление ими. Сам интерфейс выполнен в довольно "топорном" минималистическом стиле, но этого вполне достаточно для доступа ко всему необходимому функционалу системы:




Настройки




Управление




Страница одной группы выключателей


Подробно о привязке и настройке всего этого - опять же на официальном сайте.


На тот момент я мог:

  • управлять обогревателями, находясь в локальной сети загородного дома, что было не очень-то и полезно, исходя из первоначальной задачи;
  • создавать таймеры включения/отключения по времени и дню недели.

Как раз таймеры автоматизации на какое-то время решили мою первоначальную задачу. В пятницу утром-днем обогреватели включались, и уже к вечеру мы приезжали в теплый дом. На случай, если наши планы изменятся, был поставлен второй таймер, который ближе к ночи отключал батареи.

Реализация 2 - удаленный доступ к умному дому

Первая реализация позволила частично решить мою задачу, но все-таки хотелось онлайн управления домом и наличие обратной связи. Я начал искать варианты организации доступа к дачной сети из вне.


Как я упомянул в предыдущем разделе - дачная сеть имеет доступ к интернету через usb модем одного из мобильных операторов. По умолчанию мобильные модемы имеют серый ip адрес и без дополнительных ежемесячных трат белого фиксированного ip не получить. При таком сером IP не помогут и различные no-ip сервисы.


Единственный вариант, который мне удалось на тот момент придумать - VPN. На городском маршрутизаторе у меня был настроен VPN-сервер, которым я время от времени пользовался. Мне было необходимо настроить на дачном роутере VPN-клиент и прописать статические маршруты до дачной сети.




Схема подключения


В результате дачный роутер постоянно держал VPN соединение с городским роутером и для доступа к шлюзу NooLite мне нужно было с клиентского устройства (ноутбук, телефон) подключится по VPN к городскому маршрутизатору.


На этом этапе я мог:

  • получить доступ к умному дому из любого места;

В целом это практически на 100% покрывало первоначальную задачу. Однако я понимал, что данная реализация далека от оптимальной и удобной в использовании, так как каждый раз я должен был выполнять ряд дополнительных действий по подключению к VPN. Для меня это не было особой проблемой, однако для остальных членов семьи это было не очень удобно. Так же в этой реализации было очень много посредников, что сказывалось на отказоустойчивости всей системы в целом. Однако на некоторое время я остановился именно на этом варианте.

Реализация 3 - Telegram bot

С появлением ботов в Telegram я взял на заметку, что это смогло бы стать довольно удобным интерфейсом для управления умным домом и, как только у меня появилось достаточно свободного времени, я приступил к разработке на Python 3.


Бот должен был где-то находится и, как самое энергоэффективное решение, я выбрал Raspberry Pi. Хоть это и был мой первый опыт работы с ним, особых сложностей в его настройке не возникло. Образ на карту памяти, ethernet кабель в порт и по ssh - полноценный Linux.


Как я уже говорил - у NooLite есть задокументированное API, которое и пригодилось мне на данном этапе. Для начала я написал простенькую обертку для более удобного взаимодействия с API:


noolite_api.py

""" NooLite API wrapper """ import requests from requests.auth import HTTPBasicAuth from requests.exceptions import ConnectTimeout, ConnectionError import xml.etree.ElementTree as ET class NooLiteSens: """Класс хранения и обработки информации, полученной с датчиков Пока как таковой обработки нет """ def __init__(self, temperature, humidity, state): self.temperature = float(temperature.replace(",", ".")) if temperature != "-" else None self.humidity = int(humidity) if humidity != "-" else None self.state = state class NooLiteApi: """Базовый враппер для общения с NooLite""" def __init__(self, login, password, base_api_url, request_timeout=10): self.login = login self.password = password self.base_api_url = base_api_url self.request_timeout = request_timeout def get_sens_data(self): """Получение и прасинг xml данных с датчиков:return: список NooLiteSens объектов для каждого датчика:rtype: list """ response = self._send_request("{}/sens.xml".format(self.base_api_url)) sens_states = { 0: "Датчик привязан, ожидается обновление информации", 1: "Датчик не привязан", 2: "Нет сигнала с датчика", 3: "Необходимо заменить элемент питания в датчике" } response_xml_root = ET.fromstring(response.text) sens_list = for sens_number in range(4): sens_list.append(NooLiteSens(response_xml_root.find("snst{}".format(sens_number)).text, response_xml_root.find("snsh{}".format(sens_number)).text, sens_states.get(int(response_xml_root.find("snt{}".format(sens_number)).text)))) return sens_list def send_command_to_channel(self, data): """Отправка запроса к NooLite Отправляем запрос к NooLite с url параметрами из data:param data: url параметры:type data: dict:return: response """ return self._send_request("{}/api.htm".format(self.base_api_url), params=data) def _send_request(self, url, **kwargs): """Отправка запроса к NooLite и обработка возвращаемого ответа Отправка запроса к url с параметрами из kwargs:param url: url для запроса:type url: str:return: response от NooLite или исключение """ try: response = requests.get(url, auth=HTTPBasicAuth(self.login, self.password), timeout=self.request_timeout, **kwargs) except ConnectTimeout as e: print(e) raise NooLiteConnectionTimeout("Connection timeout: {}".format(self.request_timeout)) except ConnectionError as e: print(e) raise NooLiteConnectionError("Connection timeout: {}".format(self.request_timeout)) if response.status_code != 200: raise NooLiteBadResponse("Bad response: {}".format(response)) else: return response # Кастомные исключения NooLiteConnectionTimeout = type("NooLiteConnectionTimeout", (Exception,), {}) NooLiteConnectionError = type("NooLiteConnectionError", (Exception,), {}) NooLiteBadResponse = type("NooLiteBadResponse", (Exception,), {}) NooLiteBadRequestMethod = type("NooLiteBadRequestMethod", (Exception,), {})



telegram_bot.py

import os import logging import functools import yaml import requests import telnetlib from requests.exceptions import ConnectionError from telegram import ReplyKeyboardMarkup, ParseMode from telegram.ext import Updater, CommandHandler, Filters, MessageHandler, Job from noolite_api import NooLiteApi, NooLiteConnectionTimeout,\ NooLiteConnectionError, NooLiteBadResponse # Получаем конфигурационные данные из файла config = yaml.load(open("conf.yaml")) # Базовые настройка логирования logger = logging.getLogger() logger.setLevel(logging.INFO) formatter = logging.Formatter("%(asctime)s - %(filename)s:%(lineno)s - %(levelname)s - %(message)s") stream_handler = logging.StreamHandler() stream_handler.setFormatter(formatter) logger.addHandler(stream_handler) # Подключаемся к боту и NooLite updater = Updater(config["telegtam"]["token"]) noolite_api = NooLiteApi(config["noolite"]["login"], config["noolite"]["password"], config["noolite"]["api_url"]) job_queue = updater.job_queue def auth_required(func): """Декоратор аутентификации""" @functools.wraps(func) def wrapped(bot, update): if update.message.chat_id not in config["telegtam"]["authenticated_users"]: bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="Вы неавторизованы.\nДля авторизации отправьте /auth password.") else: return func(bot, update) return wrapped def log(func): """Декоратор логирования""" @functools.wraps(func) def wrapped(bot, update): logger.info("Received message: {}".format(update.message.text if update.message else update.callback_query.data)) func(bot, update) logger.info("Response was sent") return wrapped def start(bot, update): """Команда начала взаимодействия с ботом""" bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="Для начала работы нужно авторизоваться.\n" "Для авторизации отправьте /auth password.") def auth(bot, update): """Аутентификация Если пароль указан верно, то в ответ приходит клавиатура управления умным домом """ if config["telegtam"]["password"] in update.message.text: if update.message.chat_id not in config["telegtam"]["authenticated_users"]: config["telegtam"]["authenticated_users"].append(update.message.chat_id) custom_keyboard = [ ["/Включить_обогреватели", "/Выключить_обогреватели"], ["/Включить_прожектор", "/Выключить_прожектор"], ["/Температура"] ] reply_markup = ReplyKeyboardMarkup(custom_keyboard) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="Вы авторизованы.", reply_markup=reply_markup) else: bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="Неправильный пароль.") def send_command_to_noolite(command): """Обработка запросов в NooLite. Отправляем запрос. Если возращается ошибка, то посылаем пользователю ответ об этом. """ try: logger.info("Send command to noolite: {}".format(command)) response = noolite_api.send_command_to_channel(command) except NooLiteConnectionTimeout as e: logger.info(e) return None, "*Дача недоступна!*\n`{}`".format(e) except NooLiteConnectionError as e: logger.info(e) return None, "*Ошибка!*\n`{}`".format(e) except NooLiteBadResponse as e: logger.info(e) return None, "*Не удалось сделать запрос!*\n`{}`".format(e) return response.text, None # ========================== Commands ================================ @log @auth_required def outdoor_light_on(bot, update): """Включения уличного прожектора""" response, error = send_command_to_noolite({"ch": 2, "cmd": 2}) logger.info("Send message: {}".format(response or error)) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="{}".format(response or error)) @log @auth_required def outdoor_light_off(bot, update): """Выключения уличного прожектора""" response, error = send_command_to_noolite({"ch": 2, "cmd": 0}) logger.info("Send message: {}".format(response or error)) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="{}".format(response or error)) @log @auth_required def heaters_on(bot, update): """Включения обогревателей""" response, error = send_command_to_noolite({"ch": 0, "cmd": 2}) logger.info("Send message: {}".format(response or error)) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="{}".format(response or error)) @log @auth_required def heaters_off(bot, update): """Выключения обогревателей""" response, error = send_command_to_noolite({"ch": 0, "cmd": 0}) logger.info("Send message: {}".format(response or error)) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="{}".format(response or error)) @log @auth_required def send_temperature(bot, update): """Получаем информацию с датчиков""" try: sens_list = noolite_api.get_sens_data() except NooLiteConnectionTimeout as e: logger.info(e) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="*Дача недоступна!*\n`{}`".format(e), parse_mode=ParseMode.MARKDOWN) return except NooLiteBadResponse as e: logger.info(e) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="*Не удалось получить данные!*\n`{}`".format(e), parse_mode=ParseMode.MARKDOWN) return except NooLiteConnectionError as e: logger.info(e) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="*Ошибка подключения к noolite!*\n`{}`".format(e), parse_mode=ParseMode.MARKDOWN) return if sens_list.temperature and sens_list.humidity: message = "Температура: *{}C*\nВлажность: *{}%*".format(sens_list.temperature, sens_list.humidity) else: message = "Не удалось получить данные: {}".format(sens_list.state) logger.info("Send message: {}".format(message)) bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text=message, parse_mode=ParseMode.MARKDOWN) @log @auth_required def send_log(bot, update): """Получение лога для отладки""" bot.sendDocument(chat_id=update.message.chat_id, document=open("/var/log/telegram_bot/err.log", "rb")) @log def unknown(bot, update): """Неизвестная команда""" bot.sendMessage(chat_id=update.message.chat_id, text="Я не знаю такой команды") def power_restore(bot, job): """Выполняется один раз при запуске бота""" for user_chat in config["telegtam"]["authenticated_users"]: bot.sendMessage(user_chat, "Включение после перезагрузки") def check_temperature(bot, job): """Периодическая проверка температуры с датчиков Eсли температура ниже, чем установленный минимум - посылаем уведомление зарегистрированным пользователям """ try: sens_list = noolite_api.get_sens_data() except NooLiteConnectionTimeout as e: print(e) return except NooLiteConnectionError as e: print(e) return except NooLiteBadResponse as e: print(e) return if sens_list.temperature and \ sens_list.temperature < config["noolite"]["temperature_alert"]: for user_chat in config["telegtam"]["authenticated_users"]: bot.sendMessage(chat_id=user_chat, parse_mode=ParseMode.MARKDOWN, text="*Температура ниже {} градусов: {}!*".format(config["noolite"]["temperature_alert"], sens_list.temperature)) def check_internet_connection(bot, job): """Периодическая проверка доступа в интернет Если доступа в интрнет нет и попытки его проверки исчерпаны - то посылаем по telnet команду роутеру для его перезапуска. Если доступ в интернет после этого не появился - перезагружаем Raspberry Pi """ try: requests.get("http://ya.ru") config["noolite"]["internet_connection_counter"] = 0 except ConnectionError: if config["noolite"]["internet_connection_counter"] == 2: tn = telnetlib.Telnet(config["router"]["ip"]) tn.read_until(b"login: ") tn.write(config["router"]["login"].encode("ascii") + b"\n") tn.read_until(b"Password: ") tn.write(config["router"]["password"].encode("ascii") + b"\n") tn.write(b"reboot\n") elif config["noolite"]["internet_connection_counter"] == 4: os.system("sudo reboot") else: config["noolite"]["internet_connection_counter"] += 1 dispatcher = updater.dispatcher dispatcher.add_handler(CommandHandler("start", start)) dispatcher.add_handler(CommandHandler("auth", auth)) dispatcher.add_handler(CommandHandler("Температура", send_temperature)) dispatcher.add_handler(CommandHandler("Включить_обогреватели", heaters_on)) dispatcher.add_handler(CommandHandler("Выключить_обогреватели", heaters_off)) dispatcher.add_handler(CommandHandler("Включить_прожектор", outdoor_light_on)) dispatcher.add_handler(CommandHandler("Выключить_прожектор", outdoor_light_off)) dispatcher.add_handler(CommandHandler("log", send_log)) dispatcher.add_handler(MessageHandler(, unknown)) job_queue.put(Job(check_internet_connection, 60*5), next_t=60*5) job_queue.put(Job(check_temperature, 60*30), next_t=60*6) job_queue.put(Job(power_restore, 60, repeat=False)) updater.start_polling(bootstrap_retries=-1)


Данный бот запускается на Raspberry Pi под Supervisor, который контролирует его состояние и запускает его при перезагрузке.




Схема работы бота


При запуске бот:

  • посылает зарегистрированным пользователям сообщение о том, что он включился и готов к работе;
  • мониторит подключение к интернету. В условии работы через мобильный интернет были случаи, когда он пропадал. Поэтому была добавлена периодическая проверка доступности подключения. Если заданное количество проверок заканчивается неудачей, то сначала скрипт перезагружает через telnet маршрутизатор, а потом, если это не помогло, и сам Raspberry Pi;
  • мониторит температуру внутри помещения и отправляет пользователю уведомление, если она опустилась ниже заданного порога;
  • выполняет команды от зарегистрированных пользователей.

Команды жестко прописаны в коде и включают в себя:

  • включение/выключение обогревателей;
  • включение/выключение уличного прожектора;
  • получение температуры с датчиков;
  • получение файла логов для дебага.

Пример общения с ботом:



В итоге я и все члены семьи получили довольно удобный интерфейс управления умным домом через Telegram. Все, что нужно сделать - установить телеграмм клиент на свое устройство и знать пароль для начала общения с ботом.


В итоге я могу:

  • управлять умным домом из любого места с любого устройства со своей учетной записью Telegram;
  • получать информацию с датчиков, расположенных в доме.

Данная реализация на все 100% решила первоначальную задачу, была удобной и интуитивно понятной в использовании.

Заключение

Бюджет (по текущим ценам):

  • NooLite Ethernet-шлюз - 6.000 рублей
  • NooLite силовой датчик для управления нагрузкой - 1.500 рублей
  • NooLite датчик температуры и влажности - 3.000 рублей (без влажности дешевле)
  • Raspberry Pi - 4.000 рублей

На выходе у меня получилось довольно гибкая бюджетная система, которую можно легко расширять по мере необходимости (NooLite шлюз поддерживает до 32 каналов). Я и члены семьи могут с легкостью пользоваться ей без необходимости выполнять какие-то дополнительные действия: зашел в телеграмм - проверил температуру - включил обогреватели.


На самом деле данная реализация не последняя. Буквально неделю назад я подключил всю эту систему к Apple HomeKit, что позволило добавить управление через приложение для iOS "Дом" и соответствующую интеграцию с Siri для голосового управления. Но процесс реализации тянет на отдельную статью. Если сообществу будет интересна данная тема, то готов в ближайшее время подготовить еще одну статью.