История о разработке устройства умного дома без опыта, с минимальными ресурсами и максимальными приключениями в течение 6 лет. МУЗА — одно простое устройство для управления всеми основными функциями Умного дома, умная колонка с Алисой, датчиками и камерой в одном корпусе.

Люди - уникальные существа, или почему нужен Умный дом?

Поведение людей во многих ситуациях обусловлено базовыми потребностями, среди них чувство безопасности, стремление к контролю и экономия сил. Мы хотим чувствовать себя в безопасности, находясь в собственном доме. А когда мы находимся за пределами дома, хотим быть уверенными, что с нашим домом сейчас точно всё в порядке. Хотим знать, что всё под контролем. Последняя потребность проявляется в виде нашей лени. Из-за лени мы стараемся использовать всевозможные методы и средства, которые могут помочь сократить наши затраты сил и времени. Но не стоит воспринимать лень слишком негативно, ведь мы ленимся не ради возможности просто бездействовать, а ради возможности перераспределить свои силы и время на другие занятия. Типичный пример: пока стиральная машинка занимается стиркой белья вместо нас, мы можем работать над другими задачами, проводить время с близкими и просто отдыхать.

В удовлетворении всех перечисленных потребностей может помочь автоматизация помещений. С каждым днем списки дел все больше, свободного времени меньше, для выполнения всего задуманного хочется меньше отвлекаться на скучные повседневные дела. Умные дома помогают сэкономить наши силы и время, забирая на себя определенные рутинные задачи. С ростом качества жизни и уровня благосостояния мы стараемся следить не только за собственной безопасностью, но и безопасностью наших близких и наших домов. Умные дома могут дать чувство контроля, предоставляя информацию о состоянии нашего дома во время отъезда. Они могут обеспечить дополнительную безопасность с помощью датчиков, систем оповещения и реагирования.

Но, несмотря на все свои преимущества и широкую известность, умные дома до сих пор не являются повсеместно распространенным явлением. Как это ни парадоксально, ряд причин низкого спроса на умные дома кроется в их конфликте всё с теми же базовыми потребностями. Многие люди ленятся их устанавливать, причем обоснованно: нужно разбираться в стандартах передачи данных, совместимости устройств, нюансах настройки. Кто-то не хочет пользоваться умными гаджетами из беспокойства о своей приватности. Большинство наших предпочтений уже и так фиксируется в рекламных целях, но мы знаем, что именно ищем и изучаем. А какую конкретно информацию о нас получает умная колонка, мы не можем контролировать полностью. Чем меньше контролируем, тем меньше доверяем.

Таким образом, чтобы умные дома получили более широкое распространение, необходимо снизить порог входа для всех желающих, максимально упростить установку и настройку, предоставить пользователю полный контроль и обеспечить функции безопасности.

Каким должен быть Умный дом?

Если проанализировать все перечисленные факторы, можно определить соответствующие параметры систем автоматизации, подходящие наибольшему количеству людей:

1. Необходимы устройства и функции для управления осветительными приборами и предметами бытовой техники, а именно функции ручного переключения и автоматической работы в зависимости от показаний датчиков. Данный параметр закрывает потребности в экономии и контроле.

2. Устройство должно быть по возможности максимально простым и в первоначальной настройке, и в дальнейшей эксплуатации.

3. Необходимы датчики движения и состояния среды:

• Датчики движения и освещенности для автоматического включения и выключения умных лампочек, лент и прочих осветительных приборов;

• Датчики температуры и влажности в комплексе с датчиками движения могут использоваться для автоматического регулирования работы климатической техники;

• Своевременные уведомления о показаниях датчиков качества воздуха и углекислого газа подскажут вовремя проветрить или запустить вентиляционное оборудование и обезопасить здоровье;

• Во время отсутствия пользователя дома в случае обнаружения движения можно получить уведомление и своевременно принять необходимые меры.

Концепция моего устройства

Я давно интересовалась устройствами Умного дома, в особенности - датчиками. Летом 2017 года проходила производственную практику в компании, разрабатывающей системы автоматизации помещений. В качестве одного из заданий я составляла список устройств, совместимых с умными колонками Amazon Echo, Google Home и Apple HomePod (первая Яндекс Станция вышла через год). Тогда я поняла важную проблему: люди не используют датчики Умного дома из-за сложностей в совместимости и настройке. Многие устройства работают с одними платформами, но несовместимы с другими голосовыми помощниками, либо требуют использования дополнительных хабов и контроллеров, а процессы создания сценариев отличаются для разных приложений и не всегда очевидны. Конечно, для энтузиастов нет ничего сложного, но для большинства обычных людей, далеких от технологий, это является серьезным барьером. К тому моменту уже был понятен потенциал умных колонок в управлении устройствами умного дома: они значительно упрощают контроль и обладают дополнительными функциями. Но со временем пользователи теряют интерес - после пары месяцев использования умные колонки уже не применяются так часто. Тогда у меня появилась идея объединения датчиков умного дома, умной колонки и камеры видеонаблюдения для дополнительного уровня безопасности и новых функций. Такое решение отличалось бы рядом параметров:

• Простой контроль над другими устройствами умного дома с помощью голосовых команд и мобильного приложения;

• Автоматическая работа устройств в зависимости от показаний датчиков;

• Безопасность благодаря показаниям датчиков, видеонаблюдению и возможности автономной работы при отключении электричества;

• Устройство не перестанет быть нужным, потому что помимо голосового ассистента есть множество сценариев использования;

• В целях индикации подключения, критичных показаний датчиков и декоративного дополнения добавлена подсветка из 8 адресных светодиодов.

• Поскольку все датчики, колонка и камера объединены в одном устройстве, настройка и эксплуатация становятся проще: вместо 10 отдельных приборов подключаются 3, не нужно в каждом отдельном датчике менять батарейки несколько раз в год.

Разработка

За 6 лет разработки с 2018 года было очень много приключений: я обжигала руки паяльником, чуть не устроила пожар в квартире из-за неправильного подключения аккумуляторов, даже судилась с одним из разработчиков и успешно отбилась от мошенника. А помимо разработки еще вышла замуж и справилась с ремонтом. Если учесть, что в самом начале у меня не было опыта, а хотела я разработать образец устройства, которое можно будет спокойно продавать другим людям, становится понятно, почему потребовалось столько времени.

Именно из-за недостатка опыта я тогда не представляла себе, с чего начать. Рассчитывала  собрать команду заинтересованных людей, найти инвесторов. Но, к сожалению, этот план не увенчался успехом. Первый потенциальный инвестор сперва заинтересовался, а затем посчитал, что подобная разработка потребует большого количества денег, предложил сначала разрабатывать проекты проводной автоматизации со 100% наценкой. Второй инвестор сомневался в успешности продаж, поэтому сообщил о готовности полноценно помогать в реализации только после подтверждения спроса. Но стоит положительно отметить его помощь и советы нескольких от сотрудников его компании.

После того, как не удалось найти людей, которые захотели бы участвовать в реализации только из интереса к идее, я решила по возможности максимально положиться на свои силы, а при необходимости обращаться к платным специалистам.

Стоит сразу пояснить финансовый вопрос: в 2019 году я стала стипендиатом Фонда Потанина, а в 2021 году получила грант конкурса "УМНИК". В 2023 нашла подработку. Конечно, приходилось считать каждый рубль, но удалось реализовать все самое необходимое.

Сначала я тестировала вариант с одноплатным компьютером Lattepanda, но отказалась от него из-за высокой цены. Затем подготовила тестовый вариант с микроконтроллером и датчиками на макетной плате и двумя готовыми модулями. Сразу стало понятно, что нужно использовать микроконтроллеры ESP32 - доступные и функциональные: один для датчиков, один в модуле умного динамика (готовая ESP32-LyraT), один на плате с камерой (готовая ESP32-Cam). Датчики простые: DHT11,MQ-4, фоторезистор и HC-SR501. У меня был небольшой опыт программирования на Basic и C++ в школе и университете, поэтому после изучения готовых примеров скетчей Arduino особых проблем не возникло. И даже сейчас, поработав с другими IDE, все равно очень уважаю Arduino, потому что многие аспекты упрощены без ущерба функциональности. Затем я разработала 3D-модель корпуса. В детстве увлекалась созданием домов в SketchUp, поэтому начала разработку именно с этой программы, но с экспортом и печатью возникли сложности, поэтому в дальнейшем перешла на Компас-3D. Осенью 2019 года был готов первый простейший образец.

Затем нужно было переходить к разработке собственной платы. Весной 2020 года я подобрала другой набор датчиков (температуры и влажности - SHT21, дыма - TGS5141). Мне рекомендовали вынести датчики на отдельную плату, контроллер, аккумуляторы и светодиоды оставить на основной, но я решила сэкономить и все объединить. Как потом выяснилось - это было ошибкой, все-таки к рекомендациям надо прислушиваться. Летом я нашла разработчика электрической схемы и соответствующих файлов для дальнейшего производства. Специалист занимался только разработкой без тестирования, поэтому мне самостоятельно предстояло выбирать компоненты: я узнала, что у резисторов бывают разные температурные коэффициенты и допуски, маркировка может включать тип упаковки. Еще я нашла монтажника элементов на печатные платы, поскольку сама паяю до сих пор не очень аккуратно. Меня заверяли, что не стоит ожидать работоспособности от первого же экземпляра платы, но я до сих пор помню момент первого подключения, когда в серийном мониторе порта начали появляться показания датчиков. Параллельно я разработала новый корпус. Хотя многие до сих пор сравнивают его со Звездой Смерти, вдохновлялась я изначально флаконом духов Avon Incandessence, в большей степени именно с функциональной точки зрения. К концу года образец был готов.

В 2021 году я разбиралась с голосовым помощником и много тестировала. Плата ESP-LyraT поддерживала только Amazon Alexa и Google Assistant, хотя к тому моменту Алиса уже стала довольно популярной и понимала русскую речь гораздо лучше. Кажется, что ушло слишком много времени, но если вспомнить глобальные события того времени, то все проясняется - пандемия повлияла и на меня, и на монтажника, и на разработчика платы.

В 2022 году стало понятно, что при работе камеры и умного динамика основная плата значительно перегревается, что влияет на показания датчика температуры. Я выбрала другие датчики (BME680 - температуры, влажности и качества воздуха, Max44009 - освещенности, добавила микроволновый датчик движения) и нашла другого разработчика (первый разработчик был занят), который еще обещал и голосового помощника Алиса на ESP32-LyraT запустить. К сожалению, в этот раз я ошиблась с выбором специалиста. Хоть мы и подписали договор, работу по голосовому помощнику он так и не выполнил, предоплату не вернул. Параллельно отправлял информацию о ходе разработки платы, документацию, но с готовой физической платой тянул больше года. Были ошибки то в документации, то в монтаже. В итоге я подала заявление в суд, мои требования удовлетворили (разработчик даже ни разу не приходил на заседания). Оказалось, что примерно в то же время от него пострадали еще несколько человек и компаний, мне даже повезло, что хоть какой-то результат он предоставил.

В 2023 году я нашла другое решение для работы голосового помощника Алиса - одноплатный компьютер был мощнее ESP32-LyraT и предлагал возможность установки каких-то частично готовых программных средств. Потребовалось много времени для тестирования различных звуковых плат, настроек и программ, чтобы Алиса наконец заработала. С платами ESP32-Cam регулярно возникали разные проблемы, поэтому было решено видеонаблюдение тоже перенести на одноплатный компьютер с Алисой.

У Яндекса есть очень хорошее приложение "Умный дом с Алисой", благодаря которому можно подключить большое количество устройств разных производителей, поэтому стало понятно, что и мое устройство нужно интегрировать в систему Диалогов Яндекса. Я решила использовать фреймворк ESP-Rainmaker с мобильным приложением и сервером от Espressif, несколько месяцев готовила соответствующую прошивку для микроконтроллера. Большое преимущество - при росте продаж можно от стороннего сервера перейти к собственному. Самым интересным и сложным было программирование работы светодиодов. Прочитав информацию по осуществлению интеграции API, я поняла, что моих навыков программирования не хватает, нужно искать специалиста.

На сайте профи.ру мне ответил один человек, заверил, что за очень небольшую сумму (по опыту уже на тот момент явно подозрительно низкую) готов все сделать, но нужна предоплата. Я спросила про договор или расписку, ответ - работает без документов. Конечно, я уже была научена, попросила хотя бы его паспорт, на что получила фото водительских прав, которое показалось мне ненастоящим. После нескольких минут гугления выяснилось, что это просто картинка из генератора документов. Я дала понять, что не стоит меня обманывать. Хорошо, хоть в ответ не получила оскорблений. А техподдержка профи.ру на мое сообщение о мошенничестве никак не отреагировала, поэтому крайне не рекомендую этот сайт.

Я уже отчаялась, но на Авито нашелся веб-программист из Перми с доступной суммой оплаты за рабочий день. Почти два года мы разрабатывали сайт для интеграции ESP-Rainmaker и Умного дома с Алисой, в том числе видеонаблюдения. Помимо этих основных пунктов добавляли соответствующие функции на одноплатный компьютер. Как сейчас помню строку в объявлении этого программиста - реализовать можно все, главное - разобраться. Специалист полностью оправдал этот принцип: даже если что-то сначала казалось невозможным, я могла найти какой-то обходной путь, а он превращал идею в законченную функцию.

В 2024 году параллельно с программированием я доработала корпус: совместила 2 детали крышки в одну для экономии при производстве без ухудшения качества. На выставке-конкурсе InHub 2022 года познакомилась с предпринимателем, который выполняет заказы на фотополимерную печать, и именно весной 2024 пришло время к нему обратиться, корпус получился отличным.

Весной 2025 года мы с программистом завершили все основные разработки, предстояла модерация навыка в Яндексе. Во время первого модерационного тестирования возникли сложности, но мне удалось быстро сообразить, что нужно предоставить, поэтому все-таки провели тест. По результатам нужно было внести несколько правок, но самое главное - трансляция с камеры не хотела работать в приложении "Умный дом с Алисой" на Android, хотя работала на iOS. Далеко не сразу на каком-то форуме удалось найти информацию, что достаточно добавить параметр формата пикселей - и вуаля - все работает, модерация пройдена. После модерации еще вносили некоторые корректировки, находили и исправляли баги.

Нужно как-то продвигать устройство, в первую очередь, обновить сайт. Я изучила несколько рейтингов и страниц с примерами лучших сайтов, нашла один вариант, на который хотела ориентироваться. Когда этот пример увидел муж (он тоже веб-программист), настоятельно порекомендовал придумать что-то попроще, не тратить год на изучение и разработку идеала. Но когда супруг смотрел очередное видео по игровой тематике, я увидела стартовое меню одной игры, вдохновилась концепцией, и меня было уже не остановить. На основную разработку ушло около 2 месяцев, в дальнейшем периодически еще вносила небольшие корректировки.

Начало производства

Летом, несколько месяцев назад, я решила сначала изготовить партию из 10 устройств. Платы и компоненты подорожали незначительно, но основной сюрприз ожидал от монтажника - стоимость услуг увеличилась в несколько раз. Вероятно, что теперь в дальнейшем буду заказывать автоматический монтаж на заводе. Печать фотополимерных корпусов тоже подорожала, но в большей степени из-за того, что область печати принтера подходила не идеально, требовалось много постобработки, не считая еще доставки. Заказала на Авито у одного энтузиаста дешевую печать без постобработки, купила даже электрический маникюрный аппарат для шлифовки, грунтовала и красила, но результат получился далеким от идеала. Нашла через знакомых многообещающую компанию в своем городе, но пока боюсь загадывать.

F.A.Q.

За эти годы я много раз сталкивалась с несколькими вопросами или комментариями, поэтому лучше сразу дам на них ответ:

• Почему Алиса? Алиса же подслушивает?

  Конечно, можно было бы уже запустить какую-нибудь локальную языковую модель, бота или что-то подобное. Но давайте серьезно: над Алисой работали профессионалы много лет, на мой взгляд, это объективно один из лучших голосовых ассистентов, для самостоятельного достижения подобного уровня потребовалось бы еще несколько лет в лучшем случае. И еще важнейший фактор в пользу Алисы и Яндекса - сервисы Яндекс.Музыка и Умный дом. Список совместимых производителей максимален по сравнению с аналогами, собственная реализация подобного тоже потребует годы.

  Я не могу с точностью сказать, что и как слушает Алиса, но знаю точно, что в моем устройстве можно отключить не просто микрофон, а весь модуль умной колонки и видеонаблюдения в целом, то есть так точно не будет подслушивания, когда не надо. А если думать по поводу необходимости голосового управления в целом, то мне кажется, что оно обязательно нужно: когда руки мокрые, заняты, во время приготовления пищи. Не нужно тратить время на бег к выключателю или открытие приложения на смартфоне. Голосовое управление просто необходимо для людей с ограниченными возможностями.

• Что будет при отключении электричества?

  В устройстве есть аккумуляторы, которых может хватить на сутки работы датчиков и 2 часа работы модуля умного динамика и видеонаблюдения. Пока не нашла другого достойного решения на случай отключения интернета, но в скором времени планирую добавить функционал контроллера Matter, чтобы осуществлять управление другими устройствами без интернета.

• Патент есть.

• Где заказывала платы и детали?

  Печатные платы заказывала у Электроконнекта (pselectro.ru), компоненты в Элитане, Чип и Дип, Созвездии (к огромному сожалению, прекратили работу), Aliexpress. В 2020 году не хотела заказывать платы в Китае из-за долгой доставки, а после 2022 года небольшие заказы из Китая стали еще менее выгодны.

• Зачем это надо, если все уже давно сделано, можно купить на Aliexpress отдельные дешевые датчики?

  Да, в разных зонах комнаты будут разные температура, влажность и освещенность, но суть в том, что на срабатывание сценариев автоматического включения других приборов это не повлияет.

  Моей целью было создание устройства, которое упрощало и улучшало бы пользовательский опыт. Конечно, можно купить десяток отдельных датчиков, подключить каждый из них (если еще будут совместимы, что бывает далеко не всегда), создать сценарий, менять батарейки. Но я убедилась в преимуществе моей идеи, когда дарила родственникам умные лампочки, а они попросили меня самостоятельно подключить эти лампочки. И дело не в интеллекте или опыте, родственники довольно умные люди, просто все предпочтут упрощение. В том числе и поэтому в статье я описывала функции и причины довольно обобщенно, ведь некоторые функции могут быть нужны ограниченному количеству людей, а подавляющему числу полезны именно самые основные.

  Хочу, чтобы устройство было полезно для всей семьи: родители могли следить за показаниями среды в детской комнате, использовать камеру в качестве видеоняни, а по мере взросления в качестве помощника в обучении ребенка. Хочу, чтобы устройство не было просто игрушкой на месяц, а люди всегда находили новые сценарии использования.

В этой истории я часто использовала слова "решила", "разработала", "сделала" именно в первом лице. Но часто за этим стояла помощь других людей. Конечно, люди, выполнявшие работу напрямую за оплату: программист, монтажники, печатники. Родители регулярно морально поддерживали, хотя часто и не понимали сути проблемы. Муж давал много советов и теоретических фактов, которые я и не знала бы без профильного образования. Люди на Хабр, Stack Overflow, Reddit и других форумах помогли устранять баги, узнавать о неочевидных функциях, и это при том, что я сама даже ни разу не писала вопросы - только находила уже существующие страницы. И даже самые колкие и токсичные слова комментаторов и собственного брата помогали посмотреть со стороны и не сдаваться. Не сдаваться, даже когда из-за нервов очень страдает здоровье. Не сдаваться, когда на счету не хватает средств, ведь найдется какая-нибудь подработка. Не сдаваться, когда кажется, что невозможно найти решение, устранить баг. Не сдаваться, когда вообще не представляешь, что делать дальше. Поэтому в преддверии Нового года желаю всем вам никогда не сдаваться!  Бояться нового - нормально, главное - не давайте страху остановить вас. Верьте в себя, даже когда никто не верит. Пусть с вами произойдут маленькие новогодние чудеса, даже если этих чудес ждать 6 лет. Иногда вдохновение и решение какой-то задачи можно получить из совершенно неожиданных источников, поэтому живите полной жизнью!

Если захотите узнать больше деталей про устройство или задать вопрос, информацию можно найти на сайте smart-muse.ru