Некоторое время назад мною была создана первая версия автоматизированной системы обеспечивающей управление электричеством и подачей воды в квартире. За прошедшее время система претерпела довольно серьезные изменения и была внедрена в квартире. О всем по порядку ниже.
Для понимания о чем пойдет речь, нужно ознакомится со статьей по первой версией автоматизированной системы.
Теперь система состоит из 3-х блоков, блок управления электропитанием, блок управления подачи воды и блок мобильной связи.
Основной принцип работы системы не поменялся, блок мобильной связи был разработан с нуля, остальные блоки были доработаны.
Блок управления электропитанием (БУЭ)
По сравнению со старой версией блока, из него были убраны встроенные на плате реле, вместо них используются 12 вольтовые реле на дин рейку китайской фирмы Geya. Добавлен еще один канал для управления реле - в итоге стало 4-ре управляющих канала. На крышку блока также как и раньше выводится индикация наличия напряжения после реле - так сделано на случай если реле замкнет и не отключит питание, будет видно какое реле вышло из строя. На реле есть светодиод он обозначает что реле включено или не включено. В блок добавлена функция: если реле разомкнуто и напряжение все равно есть, на индикацию сигналов находящаяся на кнопке перехода режимов (круглый красный светодиод) будет выдан сигнал аварии по наличию напряжения (подробнее о индикаторе сигналов будет написано ниже). От твердотельного реле решил отказаться, по причине того что оно полностью не перекрывает напряжение (ток), так-же появились сомнения что при скачке напряжения или пробое оно поведет себя адекватно и гарантии что напряжение снято - нет. С корпуса блока убрал индикацию режима работы блока (она осталась на кнопке перехода в режимы)
Знаю что во мне погиб перфекционист, и в щитке можно было сделать все более идеально, но для меня было самое главное что при разводке придерживался принципа отделения проводов 12 и 220 Вольт.
Из особенностей блока: так как каналов на все желания не хватило, применил нестандартные способы реализации подключения управляющего канала к 2-м реле. В первом случае общее управление раздельными фазами (на рисунке реле 3.1 и реле 3.2) - минус такого подключения нельзя контролировать наличие напряжения на выходе с обоих реле. Во втором случает увеличение пропускной способности по току (на рисунке реле 2.1 и реле 2.2). Так как реле у этой фирмы максимально на 16 ампер, то подключил так - таким образом у меня запитана плита с духовкой (искал информацию по такому типу подключения, иногда такое реализуют) - может у кого есть опыт по эксплуатации по такому типу подключения поделитесь в комментариях.
Блок управления подачи воды (БУПВ)
Главное изменение (которое вызвало бурю эмоций в предыдущей статье) - полностью исключил использование напряжения 220 вольт в блоке. Были убраны двигатели приводов вентилей на 220 вольт, и на их место установлены двигатели под напряжение 12 вольт (корпуса остались те же). В связи с этим был изменен алгоритм работы по закрытию вентилей. Теперь принцип работы открытия/закрытия вентиля основан на 2-х реле (для каждого вентиля) - одно реле разрешает работу вентиля (подает питание от общих 12 вольт), 2-ое реле задает направление открыть/закрыть. Такое подключение дало независимость от наличия питающего напряжения которая была в предыдущей версии блока.
Добавлен датчик обнаружения воды на полу (датчик наличия воды). Алгоритм работы блока дополнился - датчик проверяет наличие воды, если она обнаружена - перекрывает оба вентиля и подает сигнал на индикацию. Особенность в алгоритме по датчику наличия воды: если состоялось перекрытие воды по датчику наличия воды, то при исчезновении сигнала о наличии воды - блок автоматически не открывает вентилей, для открытия вентилей требуется нажатия кнопки "смена режима" на корпусе блока. При этом при нажатии кнопки происходит проверка, если датчик все еще будет находить воду - вентиля не откроются (типа сначала убери воду/найди почему на датчик попала вода, потом открывай вентиля). Датчик скомпонован из простейшего датчика воды с алиэкспресс и корпуса для телефонной розетки с разъемом RJ12, в принципе можно поставить любой который замыкает контакты.
Добавлен функционал по профилактике вентилей - если после последнего закрытия вентилей прошло более 45 дней то оба вентиля закрываются и примерно через 5 секунд открываются(в данный момент это функционал еще тестирую).
Нюансы блока: Режим работы со стиральной машиной в блоке оставил без изменений. Если в блоке установлен режим работы ручной то внешние команды от блока управления электропитанием игнорируются. В будущем планирую по такому-же алгоритму подключить посудомоечную машину.
Блок мобильной связи
Как мне кажется это важный блок, сообщающий о том что произошла протечка воды. Даже если вентили перекрыли воду на стояках, то все равно надо как можно раньше убрать воду которая уже вылилась в "неположенное место", не говоря уже о том случае что вода может попасть в область контроля датчика другими неконтролируемыми способами (отопление и прочее).
Блок основан на ардуино нано и GSM модуле на SIM800L. По поводу соединения этих 2-х плат с друг другом - работает, но не очень хороший вариант, слишком мало памяти на ардуино для реализации на ней всего функционала который хотелось бы, поэтому реализовал частичный функционал (запрос и парсинг баланса, отправка разных сообщений ). Платка SIM800L очень придирчива к напряжению и не всегда какая-то стабильная, поискал бы ей замену при случае. На корпусе блока мобильной связи имеется светодиод который показывает текущее состояние блока и выключатель питания блока.
Алгоритм работы блока: при включении питания инициализируется модуль SIM800L. При неудачной инициализации через 2-3 минуты инициализация автоматически повторяется, всего 3 цикла повторов инициализаций. Если после всех циклов не удалось проинициализировать модуль SIM800L светодиод показывающий текущее состояние начинает светится постоянно - что означает инициализация не имела успеха. Если инициализация прошла успешно то блок переходит в ожидание команд на отправку СМС сообщений, примерно через 5 минут отправляется запрос текущего баланса. последующие запросы баланса производятся раз в 3 дня. Если баланс низкий - светодиод текущего состояния мигает.
Нюансы блока: СМС сообщения могут отправляться на телефонные номера до 3-х штук включительно, они записаны в энергонезависимую память ардуины, долго думал как заносить номера в память ардуины, от реализации кнопками блока пришлось отказаться так как это требует очень большого прорабатывания алгоритма работы с кнопками и не гарантирует правильного сохранения номера, также была идея при подачи питания с помощью кнопки переводить блок в состояние настройки номеров по присылаемым СМС, но это потребовало больше памяти, поэтому отказался от этого варианта. Так как все-таки часто этого делать не требуется, то остановился на варианте: вынуть ардуино из блока, подключить по USB к компу и через windows программу задать номера. (если у кого есть свое видение как это можно реализовать изящнее буду признателен если поделитесь в комментариях). Так-же узкое место блока мобильной связим это текст СМС с балансом, каждый оператор присылает баланс в своем стиле который может меняться, так-же еще может вставить рекламу, что затрудняет анализ текста баланса, в общем существует шанс что в определенный момент блок не сможет узнать баланс. Также В блоке реализована очередь на 3 отправляемых сообщения, в случае занятости SIM800L (такая ситуация возможна при инициализации или отправке запроса баланса) сообщения будут сохранены и отправлены позднее после высвобождения SIM800L. Добавил в блок вспомогательный функционал - веду счет дней когда последний раз на номера отправлялось сообщение и если это было более чем 30 дней назад, то автоматически на записанные номера отправляется профилактическая СМС с текущим балансом - т.е. если раз в 30 дней не пришло СМС, то с блоком что-то случилось (это функционал ввел совсем недавно и сейчас он еще тестируется).
Блок мобильной связи отправляет СМС по аварии в любом режиме работы. Сделал так на случай если спишь или не надолго ушел из дома и не переводил в дежурный режим, или просто "завис" в компьютере, телевизоре и прочее и не замечаешь что начала течь вода. Естественно блок мобильной связи делался с расчетом на отправку любого сообщения задаваемого по интерфейсу.
Связи между блоками
Принцип передачи информации между блоками: все блоки на одной линии RS-485 (программный протокол тот-же что был и раньше) блок управления электропитанием остался мастером отправляет команды и ведет опрос состояний блоков, блоки подачи воды и блок мобильной связи отправляют ответную информацию когда приходит запрос по их адресу, опрос блоков происходит с частотой 2 Гц.
Так как на кнопке-клавише перехода режимов индикатор сигналов один (круглый красный светодиод) то при одновременном срабатывании сигналы имеют разный тип индикации и приоритет выдачи.
2 импульсных сигнала - обнаружена протечка
3 импульсных сигнала - есть напряжение при выключенном реле
4 импульсных сигнала - аварийное отключение питания (если стиральная машина производила стирку и при этом пропало питание)
светится постоянно - идет стирка
5 импульсных сигналов - SIM модуль не проиницилизировался или низкий баланс на счете SIM карты
По итогу
Реле фирмы Geya показывают себя достаточно неплохо, работают больше года - полет нормальный, претензий к ним нет (пока что). Если у кого есть большой опыт эксплуатации таких реле, буду благодарен если поделитесь им в комментариях. Установка контакторов вместо реле показалась мне не сильно рациональной, т.к. каких-то плюсов в этом я не увидел, а место в щитке они занимают существенно больше. Вся система в целом потребляет в дежурном режиме (3,3Вт) 11-20 мА по 220В, в основном режиме при работе 6 реле (8Вт) 35-40мА по 220В.
Цену системы довольно трудно оценить: примерные расходы на добавленное оборудование из основного : 12 вольтовый блок питания на дин рейку для питания всей системы ~800 рублей, реле Geya ~700 рублей за штуку (4200 руб за все), 12 вольтовые моторы приводов вентилей по ~500 рублей штука, модуль SIM-800L ~500 рублей, около 3000-4000 рублей ушло на кабели 12 Вольт и 485 интерфейса проложенные по квартире. В итоге ценник на систему существенно возрос и перешел грань "для побаловаться" - Хотя все зависит от получаемого дохода ))
Пользуюсь системой постоянно, уже сильно привык и вижу в ней удобство. В дальнейшем планирую ещё добавлять функционал и улучшать ее. В планах добавить блок регулировки отопления (квартирные радиаторы отопления), блока автоматизации приточной вентиляции (по типу устройства описанного ранее в своей статье "Автоматизация проветривания комнаты через окно и что из этого вышло" - скорее всего просто переделаю из него). Так-же уже довольно сильно назревает выделения в отдельный блок мастера шины RS-485 который также будет выступать как задающий внешние настройки для блоков, отображения в графическом виде текущего состояния блоков и голосовое оповещение об аварийных состояниях или требующих срочного принятия мер - его планирую реализовывать на Raspberry Pi. - Но это уже другая история!
Комментарии (33)
bschepan
14.09.2021 07:55Щиток на 3 дин рейки для домашней автоматизации - это несерьезно. Можно посмотреть, чего ваяет Электрошаман cs-cs для подобных случаев. Впрочем, это тянет за собой масштабную работу по проектированию электропроводки, так что не агитирую и не настаиваю.
Доверять китайской ардуине без внешнего аппаратного вотчдога управление критической инженеркой я бы не стал. Сужу по своему опыту: на даче в 2014 году сделал на ардуине управление вентиляцией, так эта зараза раз в год как минимум подвисает. Ну и еще: хотел кое-какой функционал добавить/поменять - и понял, что нет никакого желания разбираться, что я там 7 лет назад наговнокодил. Посему для таких целей лучше брать готовые решения, например сименс лого или тот же овен. Поддерживать это в разы проще, работает надежно, ну и стоит явно дешевле, чем выплаты соседям за залитые квартиры.
Это чисто мое мнение, сложившееся за последние годы. Раньше я тоже топил за ардуинки и китайские релюшки :)
BigBeerman
14.09.2021 12:30Как инженер КИПиА, жму руку. Самоделки на коленке годятся только для учебных целей.
Vasilii_B2 Автор
15.09.2021 09:26У меня только положительный опыт работы с ардуинами, работают как часы, и как раз есть устройство (модуль управления освещением) которое 7 лет без перерывов работает штатно ))
Да это понятно что лучше готовая система и не парится купил и не паришся, но все эти готовые системы очень сложно или невозможно настроить именно так как тебе нужно
HardWrMan
14.09.2021 07:59Датчик наличия воды подключён через 4P4C (RJ-9)?
Vasilii_B2 Автор
15.09.2021 09:33Спасибо, возможно я ошибся с названием
HardWrMan
15.09.2021 10:36Ну я не совсем об этом. Просто использовать такое механическое соединение в тех местах, где может быть влага - не снизит ли это надёжность?
Vasilii_B2 Автор
16.09.2021 09:50Сам датчик сделал из того что было под рукой, возможно в дальнейшем он и будет замыкать , но это будет приводить к ложному перекрытию воды, а не наоборот. При случае поставлю классический из магазина за 600 рублей))
HardWrMan
16.09.2021 10:59А если цепь будет наоборот, разрываться? Отключится срабатывание аварийного закрытия? Или периодический опрос датчиков и проверка их на работоспособность всё же реализована?
Vasilii_B2 Автор
17.09.2021 08:46Периодический опрос на датчике реализован, и там цепь на замыкание работает, отключиться по замыканию никак не может
PR200SD
14.09.2021 11:34А если посмотреть на более цивилизованный вариант, с клеммниками на динрейку, например программируемые реле ПР102, много/входов выходов, программируется легко на FBD, два RS485 интерфейса.
Делал статью по алгоритмам, можно посмотреть тут: https://habr.com/ru/post/507818/
Для управления через HomeKit или добавления других протоколов, есть такая тема:
Afpf
14.09.2021 17:14Почему не модульные реле на дин-рейку? Удобнее замена, сами реле стандартизированы. Отлично расписано здесь https://cs-cs.net/rele-abb-cr-p-cr-m-cr-s
Bonio
14.09.2021 20:29-1Так как все-таки часто этого делать не требуется, то остановился на варианте: вынуть ардуино из блока, подключить по USB к компу и через windows программу задать номера. (если у кого есть свое видение как это можно реализовать изящнее буду признателен если поделитесь в комментариях)
Для ардуины есть Shell Library, с помощью которой можно реализовать полноценный консольный интерфейс через COM порт или telnet сервер, прям как на крутых маршрутизаторах, и через консоль рулить конфигурируемыми настройками.
Вот, например, как выглядит интерфейс конфигурирования сетевых настроек у девайса, который я начал делать буквально вчера и который пока не готов.
Заголовок спойлера
Vasilii_B2 Автор
15.09.2021 09:44Ардуина не подключена к компьютеру постоянно, для того чтобы можно было физически подключить ардуино к нему её нужно полюбому вынуть из блока (благо это возможно сделать очень просто за счёт модульности подключения) а windows программа в графическом интерфейсе и сразу всë видно - что прописано куда и сколько номеров и пр.
Bonio
15.09.2021 10:05Так она и не должна быть подключена постоянно. Этот интерфейс нужен, чтобы один раз сконфигурировать и забыть. Причем, чтобы если через десять лет я захочу переиспользовать устройство в другом месте, его все так же легко можно было перенастроить без доступа к коду прошивки и специальным программам, которые к тому времени и вовсе могут быть утрачены. То есть я делаю из расчета того, что к коду прошивки я больше в жизни не притронусь и никаких специальных программ для каждого устройства не храню.
Vasilii_B2 Автор
16.09.2021 09:39Ну так у меня и не надо к коду иметь доступ, номера хранятся в энергонезависимой памяти, а не в коде программы, и по сути таковой номера можно поменять 2-мя способами - записать напрямую в особом формате в энергонезависимую память (способ не лучший) или по станатизированной команде через UART он же USB (что и делает программа на windows) и программа в контроллере сама запишет его в энергонезависимую память.
Samummm
16.09.2021 09:23Не заметил в щитке "Реле контроля напряжения" ?! Если нет, неплохо бы было бы установить.
frozzzen
06.10.2021 06:02-1Когда смотрю на творения типа "умного дома", то вижу большое количество точек отказа. И слышу, как теория надежности рыдает где-то в уголке.
Для детского технического творчества норм. Для мало-мальски серийного решения плохо, и хуже, чем плохо.
Vasilii_B2 Автор
07.10.2021 08:14Смотрю на такие сообщения и не понимаю таких диванных экспертов по обливанию всего своим гавном. Максимум проблем что я вижу то что могу остаться без света и то этот вопрос можно решить с помощью крестовой отвертки и 5 минут времени!
vazir
Сложным путем идете... сильно сложным. Посмотрите esphome и homeassistant. И все хотелки станут сильно проще и быстрее
Bonio
Добавлю node-red. Для автоматизации вообще ничего лучше нету, а вся система упращается до тупых исполнительных устройств без мозгов.
Vasilii_B2 Автор
Как-то node-red слишком сложная получается система для банальной автоматизации, к тому-же её ещё надо подключать к интернету. Как мне видится проблема одноголовой системы в том что если она сломалась то не работает ничего. У меня же построено таким образом что если оборвать связи между блоками, они практически не потеряют своего функционала, скорее станут немного ограниченными в своей автоматизациии
Bonio
Так node-red и сделана для банальной авоматизации. Минус в виде необходимости центрального сервера с лихвой компенсируется возможностью очень легкой настройки и переконфигурировании всей системы.
Например в вашем случае, блок мобильной связи можно было бы полностью исключить из системы и заменить самым дешевым 3g свистком, и он не был бы жестко привязан к одной единственной системе, через него можно было бы слать вообще любые алармы. И номера телефонов не пришлось бы прошивать в микроконтроллер.
А например, если бы вы захотели добавить кнопку, по которой выключались бы все приборы и перекрывалась вода, достаточно было бы набросать простую конфигурацию в node-red, даже не притрагиваясь к электронным блокам.
Vasilii_B2 Автор
Я не шибко доверяю большим нагруженным системам, считаю лучше небольшой блок с конкретным функционалом отвечающим за определённую задачу, чем один который отвечает за всё. К тому же мой блок не жестко привязан к одной системе, его можно присоединить к любой другой системе и программно со стороны другого оборудования он будет выглядеть как устройство принимающее текст для отправки его в СМС
Silvarum
Если не нравится Node-RED, то можно обойтись без него — там есть своя встроенная функциональность для автоматизаций, или Python в виде AppDaemon или Pyscript. Я попробовал все эти варианты, в итоге пришел к Node-RED из-за его наглядности.
Vasilii_B2 Автор
Обычно так - чем проще, тем надёжнее, а так получается куча программного обеспечения, локальная сеть ещё замешана с роутером и прочими локальными настройками, при каком-нибудь сетевом локдауне ещё и данные пропадать могут - не уверен что это хороший вариант при его видимом удобстве
Silvarum
Соглашусь, что чем проще, тем надежнее, но вариант с кучей arduino не кажется таким простым и тем более надежным для сколько-нибудь комплексной системы.
Не понял, что имеется под сетевым локдауном и про какие данные идёт речь. Если вы про отрубание связи с внешним миром, то ничего не произойдет, всё хостится локально в отдельной сети.Смотрите, у меня home assistant помимо защитой от протечки воды занимается кучей других вещей, а когда входишь во вкус автоматизаций, то другие штуки захочется. Он также управляет ещё и приводами для штор, вентиляцией, кондиционерами, теплым полом (точнее его термостатом), термоголовками на радиаторах, освещением и роботом-пылесосом, не говоря уже про кучу датчиков движения, освещения, влажности, герконов и т.п. При этом при пропадании локальной сети или даже самого home assistant всё это остается функциональным, надежность техники никак не страдает, только некритично ограничивается автоматизация (например, вместе со звонком будильника не откроются шторы, а в ванной теплый пол останется в сберегающем режиме и не подогреется на пару градусов выше, но я это переживу). Даже если умрет сам сервер, то восстановить его не составит проблем и не займет много времени: возьму старый ненужный Raspberry Pi, залью на microsd образ HA и подсуну туда из бекапа мой файл с конфигом — делов на 15 минут.
Ну и трудно назвать связку home assistant + Node-RED — low-code решения, более сложной, чем самописный код для ардуино. Я собственно и отказался от Pyscript в пользу Node-RED только потому, что могу там открыть через год автоматизацию и быть спокойным, что разберусь как это работает за две минуты.
Vasilii_B2 Автор
Я правильно понимаю, у вас стоит сервер который не сильно нужен потому что на нём очень мало что замешанно по автоматизации и много исполнительных устройств, которые сами выполняют возложенную на них каким либо образом автоматизацию?
Silvarum
Не совсем так. Сервер нужен для автоматизаций, охватывающих разные устройства и события. Также сервер нужен для удаленного управления, логирования событий по многочисленным датчикам, видеокамерам и счетчикам (потребление воды и электричества), отсылки оповещений.
Например, система защиты от протечки воды — это единое устройство, поэтому воду в случае протечки она перекроет сама и без сервера (да и без электричества, если на то пошло — там стоят аккумуляторы на этот случай). А вот перекрыть воду в ситуации когда просто все уехали из дома, система сама не сможет, т.к. она не имеет совершенно никакого понятия есть кто-то дома или нет. Это просто тупое устройство, которое перекрывает воду по срабатыванию датчиков или по внешнему сигналу.
В сценарии с умным будильником в автоматизации задействовано множество разных устройств — будильник, шторы, теплый пол и т.п. Сервер смотрит на время на будильнике, за 5 минут до его срабатывания включает привод на шторах, за 15 минут — поднимает температуру на термостате теплого пола в санузле. Без сервера шторы останутся закрытыми, пока я сам их не открою, а теплый пол в санузле останется в сберегающем режиме, пока я сам не поправлю руками температуру на его термостате. Да, у термостата есть своя встроенная функция с расписанием (устанавливается только локально, не знаю почему), но я не хочу каждый раз подстраивать под будильник кучу устройств — иначе в чем смысл «умного» дома, а не просто автоматизированного?
По сути, без сервера дом перестанет быть «умным», но и в неуправляемую тыкву при этом не превращается, как в случае со многими облачными решениями.
Vasilii_B2 Автор
Спасибо за разъяснение, стало понятнее, но не буду обещать что я перейду на этот тип автоматизации.