Я никогда бы не рискнул написать статью об очередной реализации умного дома с подключением датчиков утечек воды в ванной и системами слежения за проделками кота в квартире. Слава богу, кот под контролем собаки, вода вроде тоже не течёт. Но всё же мы больше находимся на работе, в различных офисах, где не всегда удается создать оптимальную рабочую среду. Статья посвящена системе экологического мониторинга рабочего пространства в офисе и тем мероприятиям, которые мы провели после месяца её (на удивление) стабильной работы. Конечно, все данные отправляем в облака, смотрим на них со своих смартфонов, полезности в этом никакой, зато повод похвалиться перед близкими и знакомыми, да и в офисе стало покомфортней. Реализовано всё на ESP8266, а как — милости просим под кат) Где мониторим?
Не скажу, что мы работаем прям в невыносимых условиях. Офисы в компании замечательные, в комнатах по три человека, много цветов. Само здание окружено лесом. В общем панорама офиса, где развернута система мониторинга прилагается.
Что мониторим?
Ничего оригинального. Снимаем температуру в офисе, влажность, давление и уровень CO2. Конечно, в систему добавлен сенсор освещенности. Уровень освещенности рабочих мест даже подлежит контролю и должен в нашем случае быть на уровне 300-400 Лк. Пожалуй, это самый важный параметр для комфортной работы. И самый динамично изменяющийся в течение дня.
Температуру и влажность получаем с датчика DHT22. Описание датчика.
Давление забираем с датчика BMP180. Описание датчика.
За уровнем CO2 следит оптический датчик MH-Z14. Описание датчика.
Ну и за качеством освещения следит сенсор TSL2561 в виде шильдика для Arduino серии GROVE. Описание здесь.
И, наконец, рулит всем этим контроллер ESP8266 в виде платки для быстрого прототипирования NodeMcu (по имени прошивки), который в моем случае прошивается из стандартной Arduino IDE.
Собираем коробочную версию
Итак, все датчики разложены на столе — пора собирать устройство. Однако, для начала проанализируем некоторые тонкости. Принципиальную схему набросал для наглядности.
Здесь все датчики запитываются от +3.3 В, которые мы возьмем с платы NodeMcu, благо их выведено на плате аж три. Но датчик углекислого газа придется запитать отдельно, ему требуется 4-6 вольт питания и при этом производитель настоятельно рекомендует обратить на это особое внимание. Так как я планирую питать устройство от отдельного блока питания на +5V — проблем не возникнет. Подаём питание на вывод 1 датчика MH-Z14 (либо 15, так как они продублированы). При включении датчик пару минут выдает всякий мусор в порт при передаче по линии TX/RX, поэтому полезный сигнал с этого датчика я беру с PWM выхода на 6 ноге. Вообще данный датчик мне понравился. Он достаточно стабильный, имеет цифровые и аналоговый выход, но может работать только с микроконтроллерами с трехвольтовой логикой, поэтому запустить его, к примеру, на UNO без
Без паяльника не обошлось...
Как видно из схемы, я использую два датчика на линии i2c. Это датчик давления и датчик освещенности. Как известно, на последовательной шине можно «повесить» до 127 всяких сенсоров и устройств. В реализации протокола должна быть выполнена подтяжка линий SDA/SCL к питанию, но только один раз. А если мы навесим N датчиков, в каждом из которых имеются подтяжки — можно посадить линию. Наверное, от двух датчиков ничего бы и не случилось — но я всегда последователен в проектировании. Не должно быть зуба — извините… Поэтому избавляемся от резисторов подтяжки в одном из сенсоров. Удобнее было выдрать резисторы из сенсора давления. На рисунке показано.
После всех этих допилов — собираем нашу коробочную версию. В коробке из-под бумаги)
Что удивительно — заработало сразу. Не к добру это, но всё же.
Усваиваем данные
Итак, идеология такова. Собираем данные с датчиков и, к примеру, каждые 10 минут, скидываем их в облачное хранилище через офисный Wi-Fi. Строим красивые графики и анализируем полученные результаты из Thingspeak.com. Сервис бесплатный, достаточно устойчивый и простой в понимании. О нем много написано. Регистрируем канал, получаем API-key, и сбрасываем данные с любых датчиков методом POST.
Код программы
// Место для важной херни, чтобы это все заработало
#include <Wire.h>
#include <ESP8266WiFi.h> // будем вещать инфу в интернет, чего уж там
float index_comfort=0; // индекс комфорта
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
//Объявим библиотеки и переменные, будь они не ладны
// Начнем с влажности
#include "DHT.h"
#define DHTTYPE DHT22 // тип датчика - Grove DHT22
#define DHTPIN 14 // на 14 порту ESP (на плате нога D5) повесим датчик.
// объявим глобальные переменные влажности и температуры
float humidity_room = 0.0; // глобальная переменная влажность в офисе
// запрос humidity_room = dht.readHumidity();
float temp_room = 0.0; // глобальная переменная температура в офисе
// запрос temp_room = dht.readTemperature();
// Инициируем датчик влажности. С него будем снимать влажность
// и температуру в офисе
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
// библиотека для датчика освещенности
#include <Digital_Light_TSL2561.h>
// объявим глобальную переменную по освещенности
float light_room=0.0;
// запрос light_room=TSL2561.readVisibleLux();
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
// Теперь C02 датчик
int CO2; // Объявим переменную концентрации углекислого газа
int pin_CO2 = 13; // порт 13, на плате 7 нога
// измерение СО2
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
// Теперь датчик давления добавим.
#include <Adafruit_BMP085.h>
Adafruit_BMP085 bmp;
float pressure =0.0; // глобальная переменная давления
// запрос pressure=bmp.readPressure();
// давление в паскалях!
// 1013.25 millibar = 101325 Па = 760 мм рт.ст. Кто это придумал? Пипец...
// будем выводить в мм ртутного столба, так привычней
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
// Объявим все необходимое для передачи инфы в интернет-облако
// графики будем рисовать в thingspeak.com он, конечно, х..евый, но пойдет
#define myPeriodic 300; // время в секундах на передачу новых данных
const char* server = "184.106.153.149"; // сервак облака thingspeak.com
String apiKey ="1K******************GM"; // АПИКЕЙ поставь свой
const char* MY_SSID = "P********x"; // имя Wi-Fi сети вокруг
const char* MY_PWD = ""; // пароль сети, если сеть без пароля, то ""
int sent = 0; // количество актов (циклов) передачи инфы. Для чего? Не знаю, пусть будет...
//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
// Ща как все отсетапим, чтобы заработало
void setup() {
Serial.begin(9600); // Откроем сом порт
Serial.println("Go! Go! Go!");
Wire.begin();
dht.begin(); // запускаем датчик давления
TSL2561.init(); // Запускаем датчик освещенности
pinMode(pin_CO2, INPUT); // пин датчика CO2 инициируем
// Запускаем датчик давления
if (!bmp.begin()) {
Serial.println("Promlem with sensor bmp180!");
while (1) {}
}
// подключаем wi-Fi
connectWifi();
}
//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
// подключаемся к сети и проверяем параметры подключения
void connectWifi()
{
Serial.print("Connecting to "+*MY_SSID);
WiFi.begin(MY_SSID, MY_PWD);
while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
delay(1000);
Serial.print(".");
}
Serial.println("");
Serial.println("Connected");
Serial.println("");
Serial.print("SSID: ");
Serial.println(WiFi.SSID());
// параметры сети
IPAddress ip = WiFi.localIP();
Serial.print("IP Address: ");
Serial.println(ip);
// уровень сигнала сети
long rssi = WiFi.RSSI();
Serial.print("signal strength (RSSI):");
Serial.print(rssi);
Serial.println(" dBm");
}//end connect
//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
// отправка данных на сервер
void send_info(float temp_in, float temp_out, float humidity_in, int CO2_in, float light_in, float pressure_all )
{
WiFiClient client;
if (client.connect(server, 80)) { // use ip 184.106.153.149 or api.thingspeak.com
Serial.println("WiFi Client connected ");
// формируем строку передачи данных в облако
String postStr = apiKey; // АПИ кей
postStr += "&field1=";
postStr += String(temp_in); // температура в комнате
postStr += "&field2=";
postStr += String(temp_out); // индекс комфорта
postStr += "&field3=";
postStr += String(humidity_in); // влажность в комнате
postStr += "&field4=";
postStr += String(CO2_in); // СО2 в комнате
postStr += "&field5=";
postStr += String(light_in); // свет в комнате
postStr += "&field6=";
postStr += String(pressure_all); // давление в атмосфере
postStr += "\r\n\r\n"; // и закроем строку
client.print("POST /update HTTP/1.1\n");
client.print("Host: api.thingspeak.com\n");
client.print("Connection: close\n");
client.print("X-THINGSPEAKAPIKEY: " + apiKey + "\n");
client.print("Content-Type: application/x-www-form-urlencoded\n");
client.print("Content-Length: ");
client.print(postStr.length());
client.print("\n\n");
client.print(postStr);
delay(1000);
}//end if
sent++; // прибавим счетчик
client.stop();
Serial.println("transmition closed ");
}//end send
//+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
// Ну и поехали, чего тянуть то?
void loop()
{
delay(5000);
// влажность
dht.begin();
humidity_room = dht.readHumidity();
delay(500);
// температура в комнате
temp_room = dht.readTemperature();
delay(500);
// солнышко и свет
light_room=TSL2561.readVisibleLux();
delay(500);
// CO2 длительность импульсов
while(digitalRead(pin_CO2)==HIGH){;}
float duration_h = pulseIn(pin_CO2,HIGH)/1000;
CO2= int(5000*(duration_h-2)/(duration_h+(1004-duration_h)-4)); // по паспорту
delay(500);
// давление атмосферное
bmp.begin();
pressure=bmp.readPressure();
pressure=int((pressure/101325)*760);
delay(500);
// расчитаем индекс комфорта
if (temp_room<18) {
index_comfort=(2*light_room/300)+(400/CO2)+humidity_room/40;
}
if (temp_room>25) {
index_comfort=(2*light_room/300)+(400/CO2)+humidity_room/40;
}
index_comfort=1+(2*(light_room/300)+(400/CO2)+humidity_room/40);
if (index_comfort>5){
index_comfort=5;
}
// отправляем данные в облако
send_info(temp_room, index_comfort, humidity_room, CO2, light_room, pressure);
//Перекур. Пауза между отправкой очередных данных
int count = myPeriodic;
while(count--)
delay(1000);
// фу, вроде все. Надо пиво выпить...
// особенности, выводы
//
// Датчику давления подтягивающие резисторы к шине i2c надо удалить как гланды, чтобы шину не
// прессовать. Хватит поддяжки у датчика освещенности.
// зарабало с первого раза все. Удивительная херня. Лог передачи данных
// очень устойчивый, сеть держит хорошо. Датчики опрашиваем не торопясь, делаем паузы полсекунды.
// Полезно каждый раз инициировать датчики, особенно DHT22, хотя это не спортивно.
// Бл--, коту опять забыл корма купить...
// 15 февраля 2016 года.
}
Если всё правильно работает, то будет как-то так)
Для того, чтобы это всё заработало, понадобятся библиотеки для работы с выбранными датчиками и библиотека для работы с ESP8266 по Wi-Fi. Также необходимо добавить в список плат Arduino IDE плату NodeMcu, а чтобы комп её увидел — понадобиться USB-SERIAL CH340 драйвер, который легко найти и скачать в сети без особых проблем.
Библиотека для ESP8266 Скачать
Библиотека для работы с датчиком влажности. Скачать
Библиотека для работы с сенсором освещенности. Скачать
Библиотека для работы с сенсором давления. Скачать
Датчик СО2 в библиотеках не нуждается. Показания вычисляем по длительности приходящего с PWM выхода импульса и рассчитываем по формуле из описания датчика. Кстати, диапазон измерений не 2000 ppm, а 5000, о чем, кстати, тоже пишет пользователь Hellsy22 в своей недавней статье про схожий датчик углекислого газа.
Оргвыводы
1. Работает
2. Поделка достойна из коробки из под бумаги перебраться в приличный корпус.
Вот такой. Будет ещё как светофор показывать уровень комфорта в офисе.
3. В офисе вечером маловато света — добавили пару потолочных светильников. Стало лучше. 350 Лк.
4. Уборщица и правда работает. Приходит рано утром, включает свет, влажная уборка дает всплеск влажности в офисе на полчаса. Не густо, но всё же…
5. Через два часа работы (три человека натужно дышат) в офисе уровень СО2 зашкаливает. Пятиминутное проветривание исправляет ситуацию до нормальной (500 ppm). Совмещаем (при желании) проветривание с производственной гимнастикой)))
6. Очень сухо. Отопление зимой, конечно, тому прямая причина. Дотягивать до комфортных 40-50% влажность не удается. Однако, цветы в офисе реально дают плюс 10 процентов к влажности по сравнению с аналогичным помещением без цветов. Не забываем их поливать, конечно). Кстати, на полив цветов уходит 10-12 литров воды. В офисе 13 горшков с цветами. Поливаем два раза в неделю.
7. Полезности в этом во всём, прямо сказать, мало. Однако, к примеру, для школьных классов или поликлиники такие системы были бы, наверное, полезней.
Совсем умным офис называть не будем. Пусть будет не глупый. Посмотреть мониторинг в живую можно здесь.
Всем хорошего дня!
Hellsy22
Эх, каждый раз как я смотрю на прошивку esp8266/Arduino — появляется желание перейти на нее. NodeMCU ужасна — мало того, что LUA сам по себе напоминает недоделанный бейсик, так еще и нынешняя команда разработчиков придерживается идеологии перекладывания проблем на конечного пользователя. Например, в NodeMCU нельзя просто взять и вызвать дважды отправку данных — нужно убедиться, что данные отправлены или вторая отправка тихо пропадет, без каких-либо сообщений об ошибках. Буферизация? Нет, не слышали и слышать не хотят.
Но отказаться от возможности обновлять скрипты на контроллере "по воздуху" — выше моих сил.
В общем, я что хотел спросить — а как на этой прошивке с поддержкой железа?
Uris
В целом вполне даже терпимо
webzuweb
После Вашей статьи прямо рука тянется к заказу.
Посоветуете?
1
2
3
Uris
Любую. Но я бы взял 2. А вот поделка из статьи собрана на третьем варианте.
webzuweb
Мне кажется первый вариант это вообще вариант для быстрого старта.
Не нужно снимать с макетки для перепрограммирования.
Celtis
По 2 (ESP8266 Witty) недавно сделал видеообзорчик. Если интересно — вот:
Uris
А почему нет?
webzuweb
?Porque no, amigo?
Это шутка, учитывая холивар о качестве и тематике постов последнее время на GT?
Celtis
А что не так с тематикой? DIY уже не в моде?
Больше размышляю в ключе "не много ли чести одной платке — целая статья?" Впрочем, о том же Pi Zero уже писали и не раз. Да и Ваш собственный вопрос о выборе показывает некую востребованность материала.
webzuweb
Наоборот, вытесняют DIY с GT
tri_botinka
Посмотрите на homes-smart http://www.wifi-iot.ru/ или sming — http://esp8266.ru/forum/threads/sming-open-source-framework-dlja-nativnoj-razrabotki-proshivok-esp8266.167/ там с памятью нормальнее
tunelix
еще можно датчик пыли Pm2.5 добавить. в офисе пыли полно
Uris
Принял к сведению)
IgorGolov
Про отсутствие полезности не скажите: очень даже полезно в плане улучшения производственных показателей.
Uris
Трудно оценить. Токаря или пекаря по выпускаемым деталям или булкам как-то можно, но менеджеров как? По глубине приходящих идей? Хотя это шутки. Согласен с вами, это полезно, хотя бы из-за элементарной внимательности к коллегам и приходящим в офис клиентам.
IgorGolov
Это полезно ещё и тем, что можно к этому автоматику навесить. Организовав проветривание и не только.
telnov
Посмотрел «картинки» увидел надпись «Удаляем эти два резистора». Больше не читал… Ибо это уже не «умный», а «безумный дом». Ребят, вы меня извините, я все эти усилия ценю но, это кустарщина к чему то нормальному не приведет. Никогда не задавались вопросом почему тут нет историй про решения на базе шнайдер электик(мертен) или абб или например гира? Что нить из Легран? Ну или что то на базе оборудования Бехоф (что в общем то в плане умного дома вполне и весьма бюджетно.)?
Hellsy22
telnov
Понимаете в чем вся проблема. Когда человек делает нечто подобное у себя дома, я это могу понять. Я даже восхищаюсь такими людьми. Но когда человек начинает такое лепить у кого то в Офисе или не дай бог под заказ — это уже проблема. Вот он уйдет на другую работу с этого офиса или вообще уедет из города, в его системе что то сбойнет и кто в этом будет разбираться? Будут платить деньги, чтоб это все демонтировать и сделать заново на другом оборудовании? Прелесть модульных, популярных систем как раз в том, что и специалистов много, проходит 15-20 лет ты просто заказываешь новый модуль взамен вышедшего из строя.
Uris
Всё это хорошо и правильно, но вы колите в сердце как Д'артаньян. Никто не спорит, что промышленные решения куда лучше. Я не продаю и никогда не стану продавать поделки. Сам противник такого подхода. Всё надо доводить до ума и до нормального продукта. Я пишу эти статьи для популяризации технической деятельности, для поиска сторонников и уверен, кто-то заинтересуется создавать что-то новое и уже сделать достойный продукт. В любом случае — благодарю за мнение. Кстати, Шнайдер электрик тоже иногда такое выдает… Используем Шнайдоровские мощные пускатели на своем производстве. Хорошие — ничего не скажу. Но при установке лично я меняю в них одну вставку на нормальную выточенную из полистирола, взамен фирменной, которая выходит из строя через три месяца и может быть причиной пожара. Я понимаю, что это маркетинг — сделать что-то криво, чтобы постоянно покупать твой продукт. Но это тоже, знаете ли не стиль. Так-что шнайдер шнайдером, но уметь подкрутить гайки и знать как работают сенсоры на линии i2C тоже в жизни помогает.
Hellsy22
Проходит 15-20 лет и выясняется, что нужный модуль уже 10 лет как не производится, его замена не совместима со старым софтом, а новый софт не совместим со старым оборудованием. Итог тот же самый — полная замена. Да и производители не рассчитывает на такие сроки эксплуатации — у датчика MH-Z14 ожидаемое время работы около пяти лет. Так что, если это решение проработает 15-20 лет, то автора можно только поздравить.
Отдельно отмечу, что устройство лишь сигнализирует о качестве воздуха и освещения.
telnov
Ну чтож. И так тоже бывает. Производитель всегда рассчитывает жизненный цикл определенный продукта. Как правило замена всегда есть. И она почти всегда встанет в то место в котором было старое оборудование.
bazis13
Поморгать светом на ардуине с телефона можно меньше чем за $10. За сколько десятков тысяч рублей можно подключить ABB к wifi и получить интерфейс на телефоне?
telnov
Такие решения у ABB имеются. Но это будет стоить очень дорого. Стоимость некоторых решений этой несложной задачи может даже исчисляться не десятками, а сотнями тысяч рублей. Тут вы правы. Но пока в коммерческих решениях в сфере «умных домов» побеждает не адруино, а ABB. И так будет еще довольно долго. Хотя если Вам интересно мое мнение, то лично я болею за адруино и распберри. Потому как они хороши не только с коммерческой, но и с технической точки зрения. Тут вопрос, как мне кажется, в экосистеме, которая еще не сформировалась, а также в критической массе проектов. Ну плюс ко всему с точки зрения бизнеса выгодней зарабатывать на дорогом оборудовании, а не на дешевом.
Uris
Вот это великолепно! Особенно про экосистему, которую, кстати, мы же с вами между делом то и формируем!)
bazis13
Есть уже популярные проекты в этой сфере. Тот же mysensors — документация есть, релизные версии продуктов есть, почти готовое железо тоже продается.
До промышленной надежности далеко, но тут мало кто готов за эту надежность столько доплачивать.
telnov
Понимаете в чем тут штука. Вопрос не в надежности этих устройств. Тут то как раз я думаю, что вопросов не будет. Основные вопросы при использовании в коммерческих проектах следующие:
1. У всех этих решений нет четкой модели бизнеса. У ABB и прочих есть тренинги, обучения, сертификация, техподдержка, каталоги, типовые решения, программное обеспечение с четким направлением на домашнюю автоматизацию. Они продают не столько оборудование, сколько уже готовый бизнес. В случае с адруино и прочего непонятно как на этом зарабатывать, где и чему учится, как это применять. Не говоря уже о том, что на оборудовании вообще денег не заработаешь.
2. Собственно второй пункт проистекает из первого. Ну вот я счастливый обладатель такой системы. Год, два, три оно работает. И вдруг что то ломается. Контора, которая это делала применяя свои «уникальные разработки» развалилась, разорилась, или перешла на другие решения. Куда мне бежать, кого искать? В случае с ABB я позвоню в компанию и мне эту проблему решат и инсталяторов посоветуют хороших и оборудование скажут какое и где купить. Проблем не будет никаких.
3. Технический пункт. Знали бы вы какой «зоопарк» разных устройств и систем автоматизации зачастую можно встретить на реальных объектах. Вопросы интеграции с различными смежными инженерными системами это один из самых сложных вопросов во внедрении «Умного дома». Любой коммерческий проект это сроки, а сроки это деньги. Я уверен, что абсолютно все вопросы по интеграции со смежными системами возможно решить и на адруино или распберри. Но… Заказчик заплативший деньги за Ваше решение не будет ждать пока вы решите вопрос с каким нибудь нестандартным интерфейсом кондиционера или котла. Вы и Ваше оборудование просто покинете этот строительный объект.
bazis13
это только вопрос времени, когда энтузиасты с опенсурсом догонят коммерческие компании в этом направлении. Пока любители выбрали для себя уровень сложности: купить готовых модулей, соединить между собой, прошить готовой библиотекой и как-то придумать, как оно между собой будет взаимодействовать. В принципе не сложно, но вы хотите еще проще. На это нужно время.
Что-то от маленькой конторы с закрытыми решениями я бы ставить не стал. Особенно, когда это нельзя просто вытащить из розетки и выкинуть, когда они свой сервер перестанут включать.
Сейчас выбор — либо свой велосипед за копейки, либо промышленное оборудование за 100500 денег и инсталлятором.
Есть еще средний вариант z-wave: оборудование дорогое, зато можно ставить самому.
telnov
Вот тут я согласен.
Заявка на победу: https://www.youtube.com/watch?v=_MeQBfQObgk Прикручивают малинку к системе ввода/вывода ваго. Как раз таки случай при котором мы получаем очень хороший контроллер способный вытянуть весь функционал умного дома в цену около 100 долларов(корпус, флешка + 35 евро за ПО). У ваго кстати есть крепление на динрейку для малинки.
pokryshkin
что скажете на счет Wiren Board?
telnov
Wiren Board? "Красивая" штука. Modbus на борту это очень хорошо. CAN? Странный выбор для домашней автоматизации, но тоже может быть полезно. Плохо что нет LON. Это оборудование вентиляции, кондиционирования, отопления. И нет KNX. Это красивые сенсоры. Выключатели, датчики движения и пр. Как говорится премиальный сегмент(самый богатый). Похож немного на вот эту штуку: http://evika.ru/katalog/catalog_evika_lm4/
pokryshkin
Можно подробнее: почему "странный"?
На LM4 тоже смотрю, но цена! даже с LM4 lite разница примерно в 6-8 раз, а с полной версией как я понимаю вообще в 10-15 раз.
telnov
А какая периферия или оборудование работает на CAN? Мне в голову приходит только EATON(бывший Moeller). Но это промышленное оборудование. К домашней автоматизации это все не имеет отношение. Компания Эвика жадная. На вопрос: "Что так дорого?" Они отвечают: "А у кого подобные решения дешевле?"
pokryshkin
Спасибо, пойду гуглить )