В прошлом году купил оборудование для аварийного перекрытия кранов при обнаружении протечки от «Аквасторож». Долго не мог его поставить. Была идея интегрировать его в Z-Wave сеть и получить аналог gidrolock, но работающий на батарейках. Наконец-то руки дошли…
Аквасторож представляет собой базу с подключаемыми кранами и датчиками протечки. Данный комплекс может работать, как от сети 220 В через адаптер, так и от батареек. Разработчики предусмотрели возможность подклюения к системам «умный дом». Путём замыкания одной пары контактов в Ethernet розетке можно открыть краны, а другой закрыть их. Контакты реле замыкаются на 1 секунду при обнаружении протечки. На плате есть не распаянный разъём UART, но в данной статье расскажу о реализации документированных функций.
Задачи разработки
- Дистанционное включение\выключение кранов.
- Информирование о протечке.
- Два счётчика воды.
- Не нарушать работу «Аквасторожа».
Делать решил на базе ZUNo shield. Поставляется в герметичным корпусе с гермовводом, на борту имеет клеммники и свободное место для установки батарейки и дополнительных электронных компонентов. Ардуино подобный.
Ethernet разъём
Один из замыкаемых проводов это «земля» «аквасторожа». Можно объединить земли ZUNo и «Аквасторожа» и управлять кранами непосредственно через GPIO ZUNo. Так я и сделал. Но в случае выхода ZUNo из строя (например села батарейка) на управляющие линии «Аквасторожа» подаётся «ноль» и он начинает циклически перезагружаться. Подобный вариант подключения сильно влияет на надёжность всей системы, поэтому немного усложнив схему перешёл на два герконовых реле, которые обеспечили гальваническую развязку от «Аквасторожа». Потребляют реле около 7 мА во включенном состоянии. Чтобы переключить краны нужно на одну секунду включить одно реле, что вполне приемлемо. Заряда батарейки хватило на несколько тысяч переключений. (Сейчас у меня на руках есть электромагнитные импульсные однокатушечные реле. Для их переключения нужно подать импульс 1 мс, что гораздо энергоэффективнее. Но для управления нужно 4 транзистора и две ножки ввода/вывода на реле).
Сон в Z-wave
Немного расскажу о том как спят Z-Wave устройства и о вытекающей отсюда проблеме.
Z-wave устройства могут быть спящими или часто просыпающимися. Спящее устройство самое энергоэффективное, но ему нельзя послать команду (в моём случае на переключение кранов). Мне подходит второй тип. Устройство FLiRS — Frequently Listening Routing Slaves. Настроенное на такой режим работы устройство просыпается каждую секунду и если за короткий промежуток времени не получает сигнал на полное просыпание от контроллера – засыпает. Например: шлю команду на открытие кранов. Контроллер понимает, что моё устройство, часто слушающее, и посылает в течение секунды особый короткий пакет (wakeup beam), чтобы все FLIRS устройства в сети проснулись. Как только моё устройство примет этот пакет оно отправляет отчёт о том, что проснулось и готово принять команду. Получает команду на закрытие кранов. Снова засыпает. И так каждый раз, когда происходит управление устройством. Недостаток в том, что устройство может принять wakeup beam как в конце рассылки контроллером, так и в начале. Контроллер шлёт его около секунды. В худшем случае устройство проснётся в начале этой рассылки, и будет ждать почти секунду, до поступления команды. Но поскольку открывать и закрывать краны часто не нужно, это не является серьёзным недостатком.
Реализация
ZUNo Shield имеет небольшую макетную плату, на которой можно разместить необходимые компоненты.
Схема содержит два реле и два транзистора для их управления. Простенькая схемка.
Пара слов об энергопотреблении.
ZUNo shield содержит микросхему драйвер для протокола RS-485 и подтягивающий резистор для пина «11» на нижней колодке, для протокола One Wire. После удаления этих компонентов основным потребителем остаётся ZUNo.
Потребление в режиме сна составляет около 5-10 мкА, а в активном режиме до 60 мА (реле активно и ZUNa работает на передачу).
Осциллограммы потребления тока для разных режимов работы
Направление оси тока сверху вниз.
Устройство в ожидании команды:
Примерно каждую секунду видны короткие пики, в течение которых устройство просыпается и проверяет, не пришёл ли wakeUp beam.
Устройство получило команду:
Сначала устройство проснулось, получило wakeUp beam, дождалось получения команды (от 0 до 1 секунды), если команда на управление кранами, то включает соответствующее реле на 1 секунду (на этом этапе нужно контроллер переводить в сон с сохранением ножек в текущем состоянии, но я побоялся и поленился) и остальное время тратится на внутреннюю работу чипа, после чего ZUNо засыпает. Итого почти 3,5 секунды на одну операцию открытия или закрытия кранами. Ужасно долго, но из-за того, что подобные операции будут выполняться крайне редко, оптимизацией можно пренебречь. Да и даст она мало, потому-что скетч в Arduino ide это лишь малая часть того, что «ворочается» в этом маленьком микроконтроллере, и что надёжно спрятано производителем от любопытных.
Схема подключения к «Аквасторожу»
Заключение
Получилось добавить достаточно аккуратно «Аквасторож» в существующую Z-Wave сеть. Главным минусом является отсутствие обратной связи от «Аквасторожа». На данном этапе жду новой версии библиотеки ZUNo, в которой будет исправлен баг, не дающий нормально спать ZUNo, поэтому вместо фотографии с установленным и подключенным «Аквасторожем» картинка с отладочным процессом.
Спасибо за внимание!
Скетч
//#define _DEBUG
#define OPEN_PIN 11
#define CLOSE_PIN 12
#define LEAK_PIN 19
#define INT1 18
uint8_t valve_action = 0;
#ifdef _DEBUG
uint8_t const METER1_PIN = 8;
#else
uint8_t const METER1_PIN = 7;
#endif
#define METER2_PIN 8
#include "EEPROM.h"
#define MAGIC_VALUE 42
#define ADDR_ACTION 1
#define CH_METER_1 4
#define CH_METER_2 8
#define CNT_ON_OFF_CICL 12
// Global variables
byte pin7SwitchBinaryState = 0;
DWORD eeprom_buf = 0;
#define LEAK_CHANNEL 3
DWORD meter_cnt1;
DWORD meter_cnt2;
#define ADR_MET1 4
#define ADR_MET2 5
uint8_t alarm_clr = LOW;
// Z-Wave channels
ZUNO_SETUP_CHANNELS(
ZUNO_SWITCH_BINARY(pin7SwitchBinaryGetter, pin7SwitchBinarySetter),
ZUNO_SWITCH_BINARY(alarmGetter, alarmSetter),
ZUNO_SENSOR_BINARY(ZUNO_SENSOR_BINARY_TYPE_WATER, getterSensorBinary),
ZUNO_METER(ZUNO_METER_TYPE_WATER, METER_RESET_ENABLE , ZUNO_METER_WATER_SCALE_PULSECOUNT, 4, 0, getterMETER1, resetterMETER1),
ZUNO_METER(ZUNO_METER_TYPE_WATER, METER_RESET_ENABLE , ZUNO_METER_WATER_SCALE_PULSECOUNT, 4, 0, getterMETER2, resetterMETER2)
);
ZUNO_SETUP_BATTERY_LEVELS(2700, 3300);
ZUNO_SETUP_SLEEPING_MODE(ZUNO_SLEEPING_MODE_FREQUENTLY_AWAKE);
void close_water()
{
#ifdef _DEBUG
Serial1.println("close");
#endif
digitalWrite(CLOSE_PIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(CLOSE_PIN, LOW);
//delay(1000);
}
void open_water()
{
#ifdef _DEBUG
Serial1.println("open");
#endif
digitalWrite(OPEN_PIN, HIGH);
delay(1000);
digitalWrite(OPEN_PIN, LOW);
//delay(1000);
}
#define LEAK_DETECTED LOW
#define LEAK_END HIGH
#define ADDR_LEAK_ST_LAST 2
#define ADR_B1_F 3
#define ADR_B2_F 4
#define NZ_ADR_LEAK 5
uint8_t last_leak_st;
#define EEPROM_MAGIC 0x11223342
#define EEPROM_ADR_MAGIC 0
void setup()
{
#ifdef _DEBUG
Serial1.begin(9600);
Serial1.println("serial init");
#else
pinMode(METER1_PIN, INPUT);
pinMode(METER2_PIN, INPUT);
#endif
pinMode(CLOSE_PIN, OUTPUT);
pinMode(OPEN_PIN, OUTPUT);
pinMode(LEAK_PIN, INPUT_PULLUP);
pinMode(INT1, INPUT_PULLUP);
digitalWrite(CLOSE_PIN, LOW);
digitalWrite(OPEN_PIN, LOW);
byte n;
NZRAM.get(0x0, &n, 1);
if (n == MAGIC_VALUE)
{
// correct magic value after wake up from sleep mode
// trust NZRAM data
}
else
{
// incorrect magic, first boot after battery insert ot rebooted due to low battery
// initialize NZRAM magic
n = MAGIC_VALUE;
NZRAM.put(0x0, &n, 1);
NZRAM.write(ADDR_ACTION, LOW);
NZRAM.write(ADDR_LEAK_ST_LAST, LEAK_END);
NZRAM.write(ADR_B1_F, HIGH);
NZRAM.write(ADR_B2_F, HIGH);
}
EEPROM.get(EEPROM_ADR_MAGIC, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
if(eeprom_buf != EEPROM_MAGIC)
{
eeprom_buf = EEPROM_MAGIC;
EEPROM.put(EEPROM_ADR_MAGIC, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
resetterMETER1();
resetterMETER2();
eeprom_buf = 0;
EEPROM.put(CNT_ON_OFF_CICL, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
}
}
uint8_t last_btn_st;
void check_btn(uint8_t meter_pin, uint8_t NZ_adr_st)
{
last_btn_st = NZRAM.read(NZ_adr_st);
if(digitalRead(meter_pin) == LOW)
{
if(last_btn_st != LOW)
{
for(uint8_t i=0; i<3; ++i)
{
if(digitalRead(meter_pin) == LOW)
delay(5);
else
return;
}
last_btn_st = LOW;
NZRAM.write(NZ_adr_st, last_btn_st);
}
}
else
{
if(last_btn_st == LOW)
{
for(uint8_t i=0; i<3; ++i)
{
if(digitalRead(meter_pin) == HIGH)
delay(5);
else
return;
}
last_btn_st = HIGH;
NZRAM.write(NZ_adr_st, last_btn_st);
if(NZ_adr_st == ADR_B1_F)
inc_met(ADR_MET1);
else
inc_met(ADR_MET2);
}
}
}
//=-----------------------------------------------------------
void loop()
{
if(digitalRead(LEAK_PIN) == LEAK_DETECTED)
{
if(NZRAM.read(ADDR_LEAK_ST_LAST) != LEAK_END)
{
zunoSendReport(LEAK_CHANNEL);
NZRAM.write(ADDR_LEAK_ST_LAST, LEAK_END);
}
}
check_btn(METER1_PIN, ADR_B1_F);
check_btn(METER2_PIN, ADR_B2_F);
if(zunoGetWakeReason() == ZUNO_WAKEUP_REASON_RADIO)
{
uint32_t start_time=0;
#define ACTION_T_OUT 2000
start_time = millis();
//while(NZRAM.read(ADDR_ACTION)== 0)
while(valve_action== 0)
if((millis() - start_time) >= ACTION_T_OUT)
{
#ifdef _DEBUG
Serial1.println("T_OUT");
#endif
break;
}
else
delay(50);
#ifdef _DEBUG
Serial1.println(millis() - start_time);
#endif
if(NZRAM.read(ADDR_ACTION))
{
valve_action = 0;
NZRAM.write(ADDR_ACTION, LOW);
if(pin7SwitchBinaryState == LOW)
close_water();
else
open_water();
}
if(alarm_clr) // Если пришла команда сброса тревоги
{
alarm_clr == LOW;
zunoSendReport(LEAK_CHANNEL);
}
}
if(digitalRead(INT1)==0)
{
zunoSetWUOptions(ZUNO_WUPFLAGS_INT1_HIGH);
}
else
{
zunoSetWUOptions(ZUNO_WUPFLAGS_INT1_LOW);
}
zunoSendDeviceToSleep();
}
//-----------------------------------------------------------
// Getters and setters
void inc_met(uint8_t num_chennel)
{
uint8_t eeprom_adr_met;
if(num_chennel == ADR_MET1)
eeprom_adr_met = CH_METER_1;
else
eeprom_adr_met = CH_METER_2;
EEPROM.get(eeprom_adr_met, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
eeprom_buf++;
EEPROM.put(eeprom_adr_met, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
zunoSendReport(num_chennel);
}
DWORD getterMETER1()
{
EEPROM.get(CH_METER_1, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
return eeprom_buf;
}
DWORD getterMETER2()
{
EEPROM.get(CH_METER_2, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
return eeprom_buf;
}
void resetterMETER1()
{
eeprom_buf = 0;
EEPROM.put(CH_METER_1, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
}
void resetterMETER2()
{
eeprom_buf = 0;
EEPROM.put(CH_METER_2, &eeprom_buf, sizeof(DWORD));
}
void pin7SwitchBinarySetter(byte value)
{
valve_action = 1;
NZRAM.write(ADDR_ACTION, HIGH);
pin7SwitchBinaryState = value;
if(value == 255) // if open valve, then off leak alarm
{
NZRAM.write(ADDR_LEAK_ST_LAST, LOW);
zunoSendReport(LEAK_CHANNEL);
}
}
byte pin7SwitchBinaryGetter() {
return pin7SwitchBinaryState ? 0xFF : 0;
}
byte getterSensorBinary() {
return digitalRead(LEAK_PIN) ? 0 : 0xFF;
}
byte alarmGetter()
{
uint8_t ret;
ret = NZRAM.read(ADDR_LEAK_ST_LAST);
return ret ? 0xFF : 0;
}
void alarmSetter(byte value)
{
alarm_clr = HIGH;
NZRAM.write(ADDR_LEAK_ST_LAST, value);
}
aivs
Было бы здорово в итоге получить шилд на шилд, чтобы самостоятельно поставить.
sergeyvass Автор
Сделал плату, которая впаивалась в макетное поле, но сильно аккуратней не стало.