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Utilizzo di Raspberry Pi per l'automazione domestica
Circa due anni fa, la Raspberry Pi Foundation ha rilasciato un dispositivo piuttosto interessante: un computer a scheda singola, la cui dimensione è leggermente più grande di una carta di plastica bancaria a un prezzo molto interessante. La novità ottenne immediatamente un'enorme popolarità, la linea di preordini si protrasse per diversi mesi.
Raspberry Pi è stato presentato in due livelli di allestimento: modello “A” e modello “B”. Entrambe le versioni sono dotate di un processore ARM11 Broadcom BCM2835 con una frequenza di clock di 700 MHz e un modulo RAM da 256 MB / 512 MB. Il modello "A" è dotato di una porta USB 2.0, modello "B" - con due. Il modello “B” ha una porta Ethernet. Il processore BCM2835 include anche un core grafico. L'uscita video viene effettuata tramite un connettore RCA composito o tramite un'interfaccia HDMI digitale.
Il file system, l'immagine del kernel e i file utente si trovano su una scheda di memoria SD, MMC o SDIO. La caratteristica più interessante di Raspberry Pi è il suo basso consumo energetico (5 V / 700 mA), la presenza di porte I / O GPIO con interfacce I2C, SPI, UART e la capacità di lavorare in remoto tramite Ethernet.
Attualmente, viene rilasciato solo il modello "B" con 512 MB di RAM e supporto Ethernet. Inoltre, è stata messa in vendita una nuova versione, che differisce dal modello precedente "B" in una disposizione più compatta dei componenti, la presenza di 4 porte USB, un aumento del numero di porte I / O GPIO e l'assenza di un'uscita video composita. L'aspetto del modello "B" e del nuovo modello del computer Raspberry Pi è mostrato in Fig. 1
Fig. 1
Perché posso usare un tale dispositivo? Prima di tutto, va notato che il Raspberry Pi è, sebbene non molto potente, ma allo stesso tempo un computer a tutti gli effetti. Collegando un monitor, una tastiera, un mouse ad esso e installando qualsiasi kit di distribuzione del sistema operativo Linux, può essere utilizzato come un computer desktop per risolvere attività che non richiedono potenti risorse di elaborazione.
Raspberry Pi è abbastanza adatto per l'uso come server multimediale domestico, server di archiviazione, cervello di un robot o macchina, un server di automazione domestica (o la cosiddetta "casa intelligente").
L'aspetto del Raspberry Pi ha immediatamente suscitato scalpore in questo dispositivo. Quando le passioni si sono un po 'calmate, ed è apparso in vendita gratuita a un costo adeguato, ho deciso di conoscere meglio questo minicomputer. Per me, il Raspberry Pi era principalmente di interesse dal punto di vista dell'utilizzo in un sistema di automazione domestica, la cui idea era "matura" da molto tempo e richiedeva un'implementazione pratica.
Uso il termine "domotica" perché non mi piace molto l'espressione "casa intelligente". No, non c'è nulla di sbagliato nel termine "casa intelligente", ma recentemente questo concetto è stato molto perverso.
Una casa intelligente è un complesso sistema "multi-circuito" che, oltre a eseguire vari scenari specificati dall'utente, può prendere varie decisioni a seconda di una particolare situazione di emergenza. In altre parole, è un sistema "pensante" (ovviamente a livello di macchina). E ultimamente ho chiamato qualsiasi cosa "casa intelligente", ad esempio, Allarme GSM, sensore di perdite d'acqua, controllo della luce tramite sensori di movimento, ecc. Sì, questi sono tutti componenti separati di una casa intelligente, ma non una casa intelligente nel suo insieme.
Quindi, considereremo la struttura della costruzione di un sistema di automazione domestica utilizzando Raspberry Pi (Fig. 2).
Fig. 2Struttura della costruzione di un sistema domotico tramite Raspberry Pi (clicca sull'immagine per ingrandire)
Il sistema di automazione domestica è costituito da un server centrale collegato tramite interfaccia RS485 con controller installati in ogni stanza e, a loro volta, vari dispositivi di controllo, monitoraggio, regolazione e protezione sono collegati ai controller.
Il vantaggio di una tale architettura di rete è che non è necessario tirare i fili da ciascun dispositivo al server, ma piuttosto collegare i controller a cui sono collegati con un cavo UTP - una coppia di fili viene utilizzata per l'interfaccia RS485 e le restanti coppie vengono utilizzate per alimentare i controller e sensori. Inoltre, la logica del lavoro è concepita in modo tale che il guasto di qualsiasi controller o persino di un server centrale non influisca sulle prestazioni del resto del sistema.
Raspberry Pi è utilizzato come server centrale del sistema di automazione domestica. Un server Web è installato su di esso, attraverso il quale l'utente da qualsiasi dispositivo di comunicazione (smartphone, laptop, tablet) attraverso il browser può ricevere informazioni su tutti i processi che si svolgono in casa e, di conseguenza, gestirli. L'accesso al server Web inserendo login e password può essere ottenuto sia dalla rete locale domestica che da Internet tramite un router Wi-Fi.
La porta seriale UART Raspberry Pi attraverso un dispositivo corrispondente tramite l'interfaccia RS485 collega i controller con un diverso set di ingressi / uscite. Inoltre, è possibile collegare un modem GSM a RS485 per accedere al sistema attraverso una rete telefonica fissa o cellulare nel caso in cui non sia possibile accedere a Internet nel punto in cui si trova l'utente. L'accesso al sistema in questo caso avviene anche inserendo una password.
Un altro dispositivo sulla rete RS485 è un modulo radio. Il suo scopo è quello di legarsi al sistema di automazione generale di tutti i sensori radio e radiocomandi.
Attualmente, è stata sviluppata la prima versione del sistema di automazione domestica che utilizza Raspberry Pi. Oltre al server centrale, include diversi tipi di controller che dispongono di un'interfaccia RS485 per la comunicazione con il server:
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Regolatore di temperatura e umidità a otto canali. Il controller consente di raccogliere letture di temperatura e umidità da un sensore DHT22 e sette sensori DHT11;
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Regolatore di temperatura a quattro canali (termostato). Il controller può controllare 4 carichi sia in modalità manuale che in base ai parametri di temperatura impostati. L'immissione dei valori di temperatura è possibile direttamente sul controller o in remoto tramite l'interfaccia web. Le modalità di controllo diretto e inverso del canale consentono di utilizzare il controller per il controllo del riscaldamento e del raffreddamento;
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Il modulo radio viene utilizzato per emulare i telecomandi e raccogliere informazioni dai sensori radio. Consente di emulare fino a 5 telecomandi e ricevere dati da 10 sensori radio;
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Controller universale. Dispone di 4 ingressi e uscite indipendenti e due ingressi per il collegamento di sensori di temperatura e umidità DHT11 e DHT22.
Qui troverai anche i collegamenti alla descrizione dell'installazione del software per Raspberry Pi, nonché ai materiali che descrivono la tecnologia di produzione dei controller sopra descritti. Vorrei sottolineare che questo progetto è completamente senza scopo di lucro, con fonti aperte per soluzioni di circuiti e software e con supporto tecnico sul forum.
Mikhail Tikhonchuk
31.10.2014
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