Inteligentny dom oparty na OpenHab - wstęp

OpenHab to oprogramowanie dzięki któremu możemy połączyć urządzenia domowe oparte na różnych technologiach i protokołach w jeden sprawnie działający system inteligentnego budynku.
Główną częścią OpenHab jest tzw. OpenHab Runtime. Jest to aplikacja webowa napisana w całości w Javie, działająca pod kontrolą serwera Jetty.

OpenHab Runtime działa w oparciu o zestaw plików konfiguracyjnych. Są to niestety pliki tekstowe, brak jest jakichkolwiek narzędzi do graficznej konfiguracji. Autorzy zapewnili jednak narzędzie o nazwie OpenHabDesigner bazujące na Eclipse IDE, które zapewni nam podświetlanie błędów, oraz kolorowanie i uzupełnianie składni plików konfiguracyjnych co jest dość dużą pomocą. Dodatkowo dość czytelne przykłady i nie najgorsza dokumentacja sprawiają że konfigurowanie nie jest takie straszne.

Dostępne są również aplikacje na iOS oraz na Androida pozwalające na sterowanie automatyką z poziomu telefonu lub tabletu.

Całość wydana jest na licencji Eclipse Public Licence, co oznacza że mamy pełny dostęp do kodu źródłowego.

Generalnie w instalacjach inteligentnych budynków dużym problemem jest niezgodność protokołów transmisji pomiędzy dostawcami poszczególnych rozwiązań. Mamy chociażby standardy KNX, z-Wave, Fritz i wiele innych.
Gdy zdecydujemy się na jedno z rozwiązań stajemy się na stałe przywiązani do jednej firmy, która zwykle każe sobie słono płacić za każde dodatkowe elementy.

OpenHab jest próbą rozwiązania tego problemu.
Spójrzmy najpierw na architekturę (schemat pobrany ze strony http://www.openhab.org/)

Jak widać na schemacie, podstawowym elementem systemu jest szyna zdarzeń (Event Bus). która jak sama nazwa wskazuje zarządza zdarzeniami zachodzącymi w systemie.
Generalnie wyróżnić należy dwa typy zdarzeń: commands - czyli komendy wydawane przez użytkownika (lub inne źródła), oraz state change czyli zdarzenie zmiany statusu danego elementu systemu.

Tworząc własną konfigurację przygotowujemy tzw. Sitemap'ę czyli plik w którym opisujemy interfejs użytkownika. Co ciekawe interfejs ten wygląda później identycznie na wszystkich urządzeniach - w przeglądarce, na telefonie lub tablecie.
Dodatkowo definiujemy listę elementów (items) kontrolujących nasz system. Mogą to być przełączniki, suwaki, pola tekstowe wyświetlające stan elementów systemu - na przykład temperaturę w pomieszczeniu i kilka innych. Dla każdego z tych elementów w konfiguracji określamy sposób komunikacji z odpowiednim urządzeniem (binding) - czy to będzie KNX, połączenie szeregowe, bluetooth, czy też połączenie TCP. Obecnie dostępnych jest kilkadziesiąt różnych protokołów. Istnieje również możliwość dopisywania nowych, dostosowanych do własnych potrzeb. Każdy z elementów ma zdefiniowane komendy sterujące (np dla elementu typu Switch komendy to ON oraz OFF). W konfiguracji umieścić należy dodatkowo mapowanie poleceń wysyłanych lub odbieranych z urządzenia zewnętrznego na odpowiednie komendy elementu OpenHab.

System daje nam  dużą dowolność jeśli chodzi o sposób zapisu zdarzeń  w systemie. Może być to proste logowanie w pliku tekstowym, ale też zapisywanie stanu czujników w bazie danych, oraz generowanie wykresów na podstawie wyników.

Możliwości konfiguracji OpenHab'a są na prawdę olbrzymie. Myślę że warto zapoznać się z konfiguracją demo którą można uruchomić bez instalowania aplikacji u siebie.

Ja dopiero zaczynam poznawać jego możliwości i w miarę postępów postaram się opisać tutaj moje doświadczenia. W pierwszej części pojawi się komunikacja z Arduino za pomocą TCP, która niestety nie okazała się bezproblemowa.

Arduino - sterowanie przekaźnikiem za pomocą przełącznika lub przez sieć

Opisane w poniższym wpisie elementy możesz zakupić na aliexpres. Poniższe linki to linki afiliacyjne. Skorzystanie z nich Ciebie nic dodatkowo nie kosztuje a ja otrzymam niewielką prowizję która wspomoże rozwój tego bloga. Dzięki!

Przekaźnik: http://ali.pub/2hk8br

Klon Arduino mega: http://ali.pub/2hk94c

Ethernet shield: http://ali.pub/2hk97n

W poprzednim wpisie opisałem mój pomysł na stosunkowo wygodne podłączenie do arduino przekaźników oraz przełączników. Tym razem pokażę jak takie połączenie można wykorzystać w praktyce. Jak pewnie zauważyliście na zdjęciach, dołączyłem do mojego arduino ethernet shield dzięki któremu będzie możliwe sterowanie urządzeniami za pośrednictwem sieci ethernet.

Przykład który pokażę pozwala na załączenie lub wyłączenie przekaźnika za pomocą przycisku dzwonkowego, lub za pomocą pakietu TCP o odpowiedniej treści.
Jeśli będziemy potrafili załączyć przekaźnik pakietem TCP, będziemy mogli sterować nim z poziomu dowolnego urządzenia - z komputera, telefonu, tabletu...

Przypuśćmy że chcemy sterować przekaźnikiem załączającym oświetlenie LED w salonie.

Program sterujący dla przejrzystości podzieliłem na 3 pliki:

1. _01_homeController.ino

Jest to główny plik zawierający funkcję inicjującą oraz pętlę główną
2.  _02_salon_led.ino
W tym pliku zawarta jest obsługa przycisku oraz przekaźnika
3. _03_network.ino
W tym pliku zawarta jest obsługa połączenia sieciowego
Wydaje mi się że kod jest dość przejrzysty i czytelny. Nie będę zatem opisywał go linia po linii.

Zwróćcie uwagę na nazewnictwo plików które zastosowałem. Arduino IDE sortuje zakładki w projekcie w sposób alfabetyczny. Na początku nazwałem pliki

salon_led.ino
network.ino

zakładka z plikiem network.ino ustawiła się przed zakładką salon_led.ino

otrzymywałem wtedy błąd "SALON_LED_REMOTE_COMMAND was not declared in this scope" w linii 55'tej pliku network.ino.
Nie pomaga tutaj żadne include'owanie plików. Jedyne co pomogło to przeorganizowanie zakładek. Dziwne... Ale tak jest :).
Podłączony układ wygląda następująco:

Działanie całego układu najlepiej zobrazuje poniższy film:

Komunikację sieciową z Arduino trochę ławiej byłoby zrobić za pomocą pakietów UDP, chciałem jednak żeby ten wpis był wstępem do sterowania urządzeniami poprzez OpenHab a niestety natrafiłem na problemy z połączeniem OpenHab i Arduino za pośrednictwem UDP.

Inteligentny dom sterowany za pomocą Arduino - podłączanie przewodów do mikrokontrolera

Opisane w poniższym wpisie elementy możesz zakupić na aliexpres. Poniższe linki to linki afiliacyjne. Skorzystanie z nich Ciebie nic dodatkowo nie kosztuje a ja otrzymam niewielką prowizję która wspomoże rozwój tego bloga. Dzięki!

Przekaźnik: http://ali.pub/2hk8br
Klon Arduino mega: http://ali.pub/2hk94c
Ethernet shield: http://ali.pub/2hk97n


Jak pisałem w poprzednim wpisie zwykłe podłączenie czujników do Arduino za pomocą pojedynczych przewodów jest bardzo podatne na przypadkowe rozłączenia. Przy połączeniu dwóch czy trzech elementów nie ma to większego znaczenia. Ja szacuję że będę wykorzystywał około 20 cyfrowych pinów. W przypadku gdybym musiał odłączyć arduino (a nastepnie podłączyć ponownie) o pomyłkę byłoby bardzo prosto. Okazałoby się wtedy że na przykład przełącznikiem od światła w salonie włączam nawadnianie ogrodu... Mało kusząca wizja, szczególnie dla osoby która akurat wtedy leżałaby na trawniku :)

Jedynym sensownym rozwiązaniem które mi przyszło do głowy jest zaprojektowanie odpowiedniej płytki która odseparuje błędogenne połączenia od samego mikrokontrolera.

U mnie najwięcej będzie połączeń typu - jeden pin do przekaźnika i jeden do przełącznika który nim będzie sterował. Pod tym kątem projektowałem płytkę. Powstała ona w programie Eagle i wygląda następująco:

Do połączeń przewodów sygnałowych wykorzystałem złącza ARK. Do połączenia płytki z Arduino wykorzystałem 20-żyłową taśmę IDC.

Płytka po wytrawieniu wygląda tak:

Nie jest to jeszcze wersja finalna. Krawędzie nie zostały wyrównane i wyszlifowane, ale na to przyjdzie jeszcze czas.
Po podłączeniu do Arduino całość wygląda tak:

Na płytce znalazło się 9 kanałów. Każdy kanał to:
 +5V
GND
Sygnał do przekaźnika
Sygnał do przełącznika (poprzez rezystor podpięty do masy).

Do każdego z kanałów będzie podpięta jedna skrętka od jednego urządzenia którym będę sterował.

Problem pojawił się z połączeniem taśmy z Arduino. Nie znalazłem niestety gniazda IPC z męską końcówką. Postanowiłem zatem wykorzystać zwykłe goldpiny z których powyjmowałem bolce i powkładałem je w odpowiednie wejścia w Arduino. Przed podłączeniem wtyczki wygląda to tak:

Wbrew pozorom całe połączenie trzyma się dość stabilnie i działa bez zarzutu. Jeśli macie inny pomysł na takie połączenie proszę o informację :).
Niestety przy projektowaniu płytki nie udało mi się uniknąć błędów. Planowałem że taśma zostanie podłączona do Arduino od skrajnej lewej strony patrząc z tyłu płytki, zaczynając od dwóch pinów z masą. Dlatego też dwa skrajne piny na mojej płytce są podpięte do masy. Takie rozwiązanie pozwalało mi w przyszłości w razie potrzeby podłączyć obok drugą podobną płytkę. I wszystko działa świetnie dopóki nie podłączam do Arduino Ethernet Shielda, który jak się później dowiedziałem blokuje piny 50, 51, 52, 53. Przy takim połączeniu tracę zatem możliwość sterowania dwoma z dziewięciu przekaźników. Dlatego zdecydowałem się na wpięcie taśmy od prawej strony Arduino (zaczynając od pinu 22) nie podłączając dwóch ostatnich pinów (GND). Minusem tego rozwiązania jest to że masę pomiędzy Arduino a płytką muszę podłączyć  odrębnym przewodem. Nie jest to większy problem ponieważ przewidziałem dodatkowe złącze ARK na +5V i GND. Plusem natomiast jest to, że mamy dostępne wszystkie 9 kanałów zaprojektowanych na płytce - możemy więc sterować 9-cioma urządzeniami.

Na chwilę obecną takie połączenie jest dla mnie wystarczające. Jeśli będzie taka potrzeba, konieczne będzie wykonanie drugiej płytki z wyeliminowanym błędem.

Podsumowując:
Dzięki wykorzystaniu takiej płytki skrętki wpięte  będą do złącz typu ARK, które zapewniają trwałe i solidne połączenie. Połączenie z Arduino będzie wykonane za pomocą jednej taśmy (i masy - co da się w razie potrzeby wyeliminować). Ewentualna wymiana mikrokontrolera powinna zatem odbyć się w sposób szybki i bezproblemowy co w środowisku "produkcyjnym" jest bardzo istotne :).