Умный дом от любителя или HomeMaitc & Co

В этом повествовании я бы хотел описать свой собственный опыт в области домашней автоматизации на уровне любителя. В своих экспериментах я столкнулся с довольно простыми в использовании системами HomeMatic и X10, применение которых и хотел бы здесь затронуть.
В новостях часто появляются сообщения, что можно управлять чайником или новогодней гирляндой с iPhone (причем обязательно с iPhone, а то новость не будет понята воспринята массами). При этом у меня каждый раз появляется негодование: ну почему люди так бурно реагируют на такие сообщения? Ведь уже давно существуют решения, которые позволяют это сделать. При этом управлять домом из любого браузера, и да… с iPhone тоже!

WebFront

Вместо вступления

Penny — «Here's a question: Why?»
Guys — «Because we can.»
        Big Bang Theory, Season 1, Episode 9

Я не в коем случае не занимаюсь рекламой описанного здесь оборудования и не навязываю его использование. Я не буду описывать подробно все реализованные мной решения, т.к. каждое решение будет размером с эту статью, а сосредоточусь на возможностях и сценариях автоматизации. Надеюсь, что приведенные здесь факты и мысли натолкнут кого-нибудь на новые решения и интересные идеи, которые (я верю) тоже будут описаны на этом интернет ресурсе.

Лирическое отступление

С детства (9 лет) фанател по роботам и в последствии, «как следствие», по компьютерным технологиям. Выбор специальности (2204 — кому надо тот знает) тоже был обусловлен этими же интересами, причем выбор случился в те же 10-11 лет.
Позже со времен университета стал все чаще задаваться вопросом: Почему в машине все так удобно: свет и музыка сами включаются и выключаются при входе/выходе из машины, двери (причем все) и окна открываются и закрываются по нажатию кнопки; а в доме все приходится делать ручками: отпирать ключом дверь, свет на лестнице и в «сенях» включать и выключать самому?
Ведь если это сделали в машине, причем массово, то почему до сих пор люди «мучаются» с дурацкими ключами и выключателями в квартирах и домах? Оговорюсь, что речь не идет об отечественном авто-проме того времени.
С тех пор стал постепенно подбирался к идее умного дома и в конце концов кое что реализовал, чем и хочу поделится.

Часть первая, короткая — X10

Для начала необходимо было обзавестись самым главным, это — … правильно — домом. В моем случае это была 2-х комнатная, не до конца отремонтированная, квартира.
До переезда и до оклейки обоев я провел все необходимые (какие смог придумать) провода: ноль к выключателям, провода в стенах для ламп и для жалюзи на окнах, ethernet-кабели и аудио/видео провода от предполагаемого места компьютера к предполагаемому же месту телевизора (Заранее скажу, что за 6 лет он там так и не появился и вообще в квартире не появился).
Уже к тому времени я знал, что буду использовать X10. На тот момент выбора, как такового, не было (для без шинных решений) и я был ограничен в стоимости.

Кратко опишу принцип действия этой «очень старой» системы: Команды передаются по электропроводке со скоростью 50 бит в секунду. Команды не подтверждаются и, как следствие, не повторяются, если передача потерпела неудачу. Есть возможность беспроводной коммуникации для некоторых устройств на частоте 310 MГц (например настенный выключатель может послать сигнал беспроводному шлюзу, который этот сигнал переводит в проводной). Каждое устройство имеет адрес, состоящий из буквы от А до P и цифры от 1 до 16ти (итого максимум 256 уникальных адресов). Для всех проводных устройств необходима фаза и ноль. Настенные выключатели посылают команду с адресом, а исполнительное устройство с таким же выставленным адресом эту команду принимают. Причем можно назначить разным устройствам один и тот же адрес и тогда нажатием одной кнопки можно управлять несколькими устройствами и включить например настольную и настенную лампу вместе.
Подробнее можно прочитать в Википедии.

X10 контроллер вставляемый в розетку

Закупка и установка первой партии заняли год.

Что я получил:

• Возможность размещать выключатели, где угодно и сколько угодно (у кровати, у окна, у двери)
• Возможность управлять с компьютера и через интернет (если компьютер включен)
• Открывать обе входные двери (подъездную и квартирную) по кнопке с пульта, напоминающий автомобильный брелок.
• Выполнять сценарии по нажатии кнопки (я ушел, я пришел, и т.д.)
• Управлять жалюзи, как мне хотелось. В зале и на кухне они поднимались в 7, в спальне в рабочие дни в 8, а в выходные в 10. Закрывались все жалюзи по датчику освещения (зимой обычно в 6-7, летом в 9-10)
  Не опускать жалюзи я не мог, т.к. жил на первом этаже и вечером, соответственно, жил, как в аквариуме.
• Кучу собственных положительных эмоций и некоторое количество отрицательных от жены.

Пример интерфейса программы ActiveHome, используемой для работы с X10

Система с горем пополам работала и с трудом пройдя Wife Acceptence Test осталась в квартире.
Я был недоволен качеством связи по электропроводке, медлительностью команд и неудобством программирования. Но до тех пор, пока можно было локально включить лампу или открыть жалюзи, я терпел и примирялся со всеми «удобными» неудобствами.

Контроллер жалюзи X10 встраиваемый в стандартную розетку

Проблемы с которыми я столкнулся используя X10:

• Однонаправленная связь
  Сигнал уходит и неизвестно дошел он или не дошел, повтора не будет. Узнать в каком состоянии находится устройство (без танца с бубном) тоже невозможно.
• Очень простой протокол, не защищенный даже контрольной суммой.
  Регулярно сигналы интерпретировались неправильно или не теми устройствами.
  Раз в 2-3 месяца сосед включал какой то прибор, который генерировал именно такие шумы, которые мой контроллер жалюзи в зале принимал за команду и закрывал жалюзи намертво. Но видимо моя система, тоже отбрыкивалась в ответ и сосед или соседи убирали прибор (я думаю, что это было что то, что тоже общалось по электропроводке)
• Невозможность управления через сеть/интернет без включенного компьютера.
• В Европе X10 производила только (или почти только) одна фирма intellihome.be (по сравнению с Америкой, где X10 производили все, кому не лень) и выпускала не совместимые с Америкой продукты.
  В этом я убедился сам купив на ebay.com Х10 оборудование (беспроводное, т.к. понимал, что у «них» 110 вольт и 60 герц). Все барахло, хоть оно и выглядело также, как и мои устройства, я отослал обратно потеряв на пересылке около 60-ти евро.
• Супер медленный управляющий блок, программируемый через COM-порт программой с убогим интерфейсом.
  
• Ужасный дизайн выключателей, за который я выслушивал критику каждый раз, когда жена дотрагивалась до них.
  

Ну и некоторые другие недостатки, про которые я, возможно, уже забыл.

Web-Интерфейс на X10. Синим показаны места, где можно что-нибудь включить или выключить

Систему эту я развивал все последующие 5 лет и она постепенно обрастала аналоговым датчиком света для закрытия жалюзи, Web-интерфейсом, IR управлением аудио-усилителем, открытием квартирной и подъездных дверей и другой мелочью.

Часть вторая — HomeMatic

Все время после начала пользования системой я непрерывно занимался поиском новой, лучшей системы. За 2 года до покупки новой квартиры я уже знал, что же я буду встраивать в следующей квартире/доме. Сравнив все возможные варианты (времени тогда слава богу было вагон и маленькая тележка) выбор пал на HomeMatic.

CCU1 — Центральный контроллер для HomeMatic

В сети есть много (в основном не русскоязычных) статей на эту тему, но я расскажу вкратце, чем я руководствовался при выборе. Системы на основе шины EIB/KNX я отмёл сразу, т.к. только одна прокладка шины стоила бы мне 10тыс евро. Соответственно, оставались только беспроводные решения и системы, общающиеся по электропроводке.
Выбирал я из HomeMatic и FS20 от ELV, EnOcean, XControl от Möller (сейчас EATON) и 4Control/ZigBee. Системы с электропроводкой я рассматривать тоже не стал, т.к. намаялся с прошлой системой.

4Control был отброшен из-за «сырости» протокола и системы в целом. Устройств с этим протоколом можно было найти единицы. Да и те что были, стоили дороговато.

Контроллер управления светом от 4Control

Настенный беспроводной выключатель от 4Control

EnOcean были привлекательны тем, что для настенных выключателей на нужно батареек. Они добывают энергию с помощью пьезоэффекта при нажатии на кнопку. Но на то время не было управляющего компьютера, либо я просто не нашел. Забегу вперед и сообщу, что в HomeMatic можно использовать EnOcean с помощью специального адаптера.

Выключатель от EnOcean один в один схож с выключателями от HomeMatic

FS20 это предшественница HomeMatic и там отсутствовало шифрование канала. Да и дизайн выключателей был, как говорится, не фонтан.

Пример настенного беспроводного выключателя от FS20 — обновленный дизайн

Оставались HomeMatic (в последствии просто HM) и XControl.

Преимущества XControl были в том, что выключатели были совместимы по дизайну со многими фирмами (Gira, Jung, Siemens, ...), а выключатели HM только с PEHA Aura. Не самый лучший на моей жены мой взгляд дизайн, но на порядок лучше, чем X10.

Климат-Контроль от XControl — красиво, но дорого

Решение было принято после посещения выставки Light&Building во Франкфурте, где был также представлен контроллер (Gateway) для XContol за 1500 Евро. Такой же по функциональности Gateway у HM стоил тогда 500 Евро. Через месяц его цена упала до 180, что еще больше укрепило меня в правильности выбранного решения.

Подготовка

Т.к. новая квартира строилась еще пол года, у меня было время на подготовку и планирование. Первым делом нужно было проверить: есть ли ноль в выключателях. Но, к счастью, это стало стандартом и в абсолютно все выключатели был проведен ноль и земля. Ethernet сети в квартире застройщик не предполагал (сейчас, через 3 года, это тоже стало почти стандартом) и я, договорившись с прорабом, провел на выходных 7 линий и 14 розеток в будущей квартире сам. Нужно было очень оперативно действовать, т.к. уже через 2 недели после покупки залили бы полы и это стало бы невозможно). К концу второго дня я так умотался, что был готов отдать эти 700 евро строителям, лишь бы самому не пробрасывать эти кабели.
На беспроводное соединение надежды не было (и не напрасно), т.к. я по работе занимался разработкой беспроводной точки доступа и знал на что способно (точнее неспособно) беспроводное соединение. Даже сейчас по 801.11n я не могу посмотреть HD фильм sans wire*. Может 801.11ac будет лучше.

На этом подготовка в квартире закончилась, т.к. я решил не переплачивать застройщику за электрические жалюзи и надеялся подвести проводку к моторам жалюзи потом.

Началось планирование. Я определил для себя 4 основных этапа автоматизации:

1. Свет
2. Жалюзи
3. Отопление
4. Вывести все управление на настенную панель в коридоре.

и начал продумывать возможные сценарии, читать документацию и откладывать деньги.

Свою старую квартиру я продал хорвату, у которого руки росли из нужного места. Я даже не стал убирать X10 оборудование из квартиры просто бросив весь этот хлам на растерзание. Надо отдать хорвату должное — он мне больше не звонил. Из чего можно сделать вывод: либо X10 все еще работает, либо он выбросил все на свалку, т.к. даже перепрограммировать время поднятия жалюзи без специального софта и знаний невозможно (которых у водителя грузовика быть не могло).

После того, как в новой квартире было сделано все необходимое (то что важнее автоматизации), например 2 зеркальных шкафа общей длинной 7 метров, я закупил первую партию выключателей HM для одной комнаты.

PEHA Aura дизайн выключателей

Встроив их, я убедился, что все работает как я хочу, только вот родные розетки по дизайну отличаются от новых выключателей. Решено было все розетки поменять тоже, т.к. стоили они не много, а любительскими решениями я был сыт по горло.

Старый JUNG CD500 дизайн розеток

Новый PEHA Aura дизайн розеток

Со временем я поменял все 40 розеток и 15 различных TV/Ethernet/Телефон розеток. Мне приходилось менять полностью всю розетку, т.к. простой сменой накладных панелей обойтись было нельзя из-за несовместимости оных. Зато, как бонус, я получил встроенную в розетку защиту от детей (которых у меня сейчас два).
Жалюзи в спальнях приходится закрывать все равно, хоть и этаж стал второй, т.к. под окнами стоит фонарь, который светит всю ночь.

KeyMatic

Управление подсветкой на кухне

Программирование происходило через Web-интерфейс блока управления CCU1 и было (и сейчас есть) вполне сносным. Нужно просто в браузере покликать мышкой и правило готово.

Web-Интерфейс программного окошка

Для создания сценария необходимо сделать следующее:

• Выбрать событие по которому будет выполнятся данный сценарий. Это может быть временнОе событие и/или изменение состояния какого либо устройства.
• Выбрать, что должно при этом происходить. Например перевести устройство LivingRoom.Lamp в состояние ON или выполнить скрипт на LUA.
• Сохранить

Но я обнаружил, что красивого «Web-Front-End» я на этой базе построить не смогу.

WebFront встроенный в HomeMatic CCU

Пришлось реализовать Web Server для управления на основе NAS Qnap TS-110 (на нем крутится Lunix c Apache и MySQL), который к тому времени прописался у меня в квартире под видом медиа-сервера и просто хранилища документов.
В сети я нашел FrontEnd на PHP + JavaScript от какого-то студента и подпилил его под себя. Решение получилось хорошим и оно до сих пор работает.

Как было описано выше, существует возможность подключить некоторые компоненты по RS-485, но меня это не заинтересовало.
На CCU1 присутствует два USB порта в которые можно воткнуть дополнительные адаптеры:

• Wifi адаптер (нужен Linux драйвер)
• Bluetooth адаптер. С помощью апплета BlueID Access можно открывать дверь с телефона.
• EnOcean адаптер. Можно подключать EnOcean выключатели и трекеры.
• FS20 адаптер.
• Можно подключить погодную станцию от ELV 868Mhz или монитор расхода энергии от ELV EM-Serie.

Я использую только EnOcean адаптер. Но EnOcean выключатели производят при нажатии довольно громкий щелчок (пьезоэффект) и их уже не разместишь, например, в спальне. Хотя сама по себе идея: не менять батарейки; очень хорошая.

Постепенно я добавлял все новые и новые комнаты и компоненты и только недавно завершил 1й и 2й этап полностью, а 3й и 4й на половину. Существует довольно много различных компонентов из которых я встроил следующие (около 80ти различных устройств):

• Встраиваемые в стены контроллеры света
  
• Вставляемые в розетку контроллеры света
  
• Встраиваемые в стены контроллеры жалюзи
  
• Куча настенных выключателей
  
• Замок для двери
  
• Датчики положения (открыт/закрыт) всех окон и входной двери
  
• Датчики температуры за бортом
  
• Датчики движения (один стоит на балконе и работает просто как датчик освещенности)
  
• Управление домофоном (распознавание звонка в дверь с последующей возможностью открыть подъездную дверь)
  
• MP3 Звонок
  
• Управление температурой в радиаторах отопления и датчики климат контроля.
  

А так же не относящиеся к HM следующие компоненты с возможностью управления через WebFront:

• 3 web камеры (беби-фона) с возможностью наблюдения через интернет
• Sonos
• Телевизор LG (выключается сам при уходе из квартиры)
• AVM FritzBOX router — с него считывается список звонивших на домашний номер (DECT база)

Интересным представлялся вот такой настенный выключатель:

OLED Multiswitcher. Может управлять до 10 устройствами. Вправо/влево выбор устройства, вверх/вниз — команды
Но на практике пользоватся им оказалось не очень удобно, т.к. в нормальном состоянии дисплей выключен (для экономии энергии) и для включения первого прибора нужно нажать 2 раза: первый раз включится дисплей и только во второй раз выполнится команда. Для включения других 9 устройств необходимо пролистать влево или вправо и это уже совсем длинная история. Чтобы включить пятое запрограммированное устройство необходимо 6 секунд и надоедливое кликанье.

Схема коммуникации устройств

На данный момент у меня крутится около 30-ти программ (сценариев) на контроллере. Вот некоторые из них:

• При нажатии на кнопку «Я ушел, дома никого»:
  • Выключится весь свет.
  • Выключится музыка (Sonos + Sony Receiver).
  • Выключится телевизор.
  • Если открыта входная дверь, то после ее закрытия закроется замок на 2 оборота.
  • Из звонка произносится «До свидания, некоторые окна не закрыты», если они не закрыты или просто «До свидания».
• Если температура за бортом больше 30 градусов, то с той стороны, где солнце закроются все жалюзи на 90%.
  Когда температура спадет, либо меньше 28, либо после 19:00, то жалюзи снова откроются.
• В любой комнате при нажатии более 1,5 секунды на выключатель включиться/выключится весь свет в данной комнате.
  В зале это 9 различных источников света.
• Вечером у детей жалюзи закрываются в 20:00, как бы намекая, что пора спать, а в спальне и на кухне (из-за возможно подглядывающих соседей) по датчику освещения. Открывается все это тоже по разному в каждой комнате своя программа.

За счет дву-направленной связи на web-странице отображается состояние всех окон, ламп и жалюзи, а также температура и влажность в каждой комнате и за бортом с двух сторон. Температуру я сбрасываю в MySql базу на QNAP и строю суточные графики при помощи JpGraph.

График изменения температуры за день

Вот так выглядел Web-Интерфейс пол года назад. Сейчас он почти не изменился. На всех устройствах html не тормозит (HTC Desire, iPad, Windows PC) и только на Galaxy Tab & Android анимация притормаживает.

Web Интерфейс на PC

Задержка между командой и реакцией на команду довольно маленькая. На других видео с профессиональными решениями задержка не меньше.

Демонстрация задержки между командой и реакцией

Запланировано на будущее следующие:

• Встроить 3 датчика задымления (пожара)
  
• Сбрасывать все события в базу и что-то с этим сделать. Например создать историю пользования.
• Купить брелоки-трекер от EnOcean, которые каждые 30 секунд посылают на адаптер сигнал присутствия.
  
  Тогда можно будет при уходе из квартиры вообще не нажимать никаких кнопок. Квартира «сама» распознает, что дома никого нет и выполнит сценарий «Я ушел». В режиме «никого нет дома», при срабатывании датчиков окон, дверей или движения, присылать email с актуальными картинками с камер.
  Я бы мог реализовать этот сценарий и сейчас, но жена ленится нажимать на кнопку «Я ушел» и все мои старания будут бесполезны.
• Мониторинг почтового (тот который материальный) ящика на предмет новой почты и уведомления по электронной почте. Для этого надо будет установить сенсор на открытие почтовой шторки (почта пришла) и на открытие почтовой дверки (ящик пуст), а так же установить повторитель сигнала (Repiter), т.к. в данный момент сигнал от ящика не достает до центра квартиры, где стоит CCU1.
• Дорисовать иконки для Web-интерфейса и переписать PHP и JavaScript программы, т.к. они не отвечают моим современным требованиям.
• Вывести в Web-интерфейс управление телевизором (каналы, громкость), а также управление аудиосистемой Sonos.
• Купить Ethernet InfraRed эмиттер, для управления громкостью аудио-ресивера и управлением роботом-пылесосом.
• Что то сделать с 2х летней историей температуры, т.к. у меня сохраняются данные со всех датчиков каждые пол-часа, а я использую данные только за день.
• Открывать дверь по отпечатку пальца, хотя совсем без ключа обойтись не удастся, т.к. надо еще открыть подъездную дверь.

Недостатки:

• Слабоватый центральный контроллер CCU1. На нем тоже стоит Linux и можно было бы все сделать в одном месте, но он очень слаб.
• Иногда (не очень часто) статус устройств не обновляется, если устройством управлять локально и как следствие в браузере показано, что лампа выключена, хотя в действительности она горит.
• Только один производитель eQ-3. Если бы протокол был открытым, то китайцы смогли бы сбросить цену до 20 евро в среднем за устройство. Оборудование от eQ3 стоит в среднем 45 евро в Германии. (За исключением центрального контроллера в 180 евро, но он нужен всего один на весь дом)
• Весь интерфейс программирования ССU1 на немецком языке. Документация только на немецком и английском.
• В России цены в 2 раза дороже, чем у производителя в Германии. Как выяснилось, в России тоже можно все купить, но я не буду публиковать здесь адрес, что бы не сочли за рекламу. (Google вам в помощь)

Безопасность

Можно придумать много параноидальных сценариев о взломе системы, например, как хакер из Китая будет играться со светом в квартире, а сосед перехватит радио-команду для замка и проникнет в дом.

На этот счет у меня следующие соображения:

• На всех критичных местах (в моем случае это замок на двери, датчик движения и брелоки на ключах) включено шифрование радиосигнала на основе AES-128.
• Доступ из вне (из интернета) возможен только по https и защищен паролем (AuthType Digest).
• Я никому не даю пароль от WiFi сети, которая защищена по WPA2-PSK. Для гостей роутер может предоставить гостевую сетку, которая не сообщается логически с основной.
• Любую систему можно сломать, если сильно захотеть. Просто иногда легче залезть через окно, чем нанимать израильский дата-центр для взлома пароля от WiFi.

Итоги

За 3 года и 5000 евро у меня есть автоматизация дома, которая меня почти удовлетворяет. В эти пять тысяч входит таблет за почти 600 евро и 10 моторов для жалюзи по 140 евро каждый, а также вся LED подсветка (подкроватная, подшкафная, на балконе под парапетом, на шкафах и т.д.). Цена системы составляет лишь пол стоимости шины (bus) без устройств от профессиональной системы. При этом я могу с любого браузера (и c Iphone тоже) управлять и наблюдать за домом, что и было одной из моих главных целей. Домашние смирились с моим хобби и уже забили забыли, что бывает по-другому.

*без проводов

Ссылки:

• X10 — ru.wikipedia.org/wiki/X10
• HomeMatic — homematic.com/
• eQ-3 — www.eq-3.de/
• 4Control — www.control4.com
• EnOcean — www.enocean.com
• XComfort — www.moeller.net/de/products_solutions/power_distribution/buildings/xclever_home/x_products/index.jsp
• Light&Building — light-building.messefrankfurt.com/frankfurt/en/besucher/willkommen.html
• Sonos — www.sonos.com/ или en.wikipedia.org/wiki/Sonos
• QNAP — qnap.ru/content/catalogue/soho/239
• JpGraph — jpgraph.net/

Автор: Bluefox