Умный дом с нуля своими руками или путешествие длиною в год
Данную статью пишу для думающих, стоит оно того или нет, и начинающих построение своего умного дома, надеюсь она поможет сделать вам свой выбор. Для тех кто думает, я не программист у меня ничего не получится, я тоже, хотя имею техническое (теплоэнергетик) образование, но никогда не работал в IT, не знаю ни одного языка программирования. Дорогу осилит идущий. Начнем с рассуждений что такое умный дом, поверьте на слово он не решит все ваших бытовых и семейных проблем, но точно сделает жизнь немного комфортней. Что такое умный дом в моем представлении год назад: 1. Красивый планшет со схемой дома висящий на стене в прихожей с которого можно управлять всем в доме; 2. Управление всем чем можно голосом. Откровение через год: планшет не нужен, так как бегать со второго этажа на первый, чтобы по управлять, неудобно. Что бы хорошо работало голосовое управление, требуется установка умной колонки в каждую комнату, когда их две — это одно. А когда значительно больше — вопрос. Сейчас для меня умный дом это то, что работает само без моего участия, и не требует управления. Все о чем пойдет речь далее сделано мною лично, может можно сделать по-другому, может проще и лучше. Но таков путь.
Краткий ликбез
Системы умного дома
1.1 Mi Home
+ красивые сенсоры и устройства; хорошее мобильное приложение; простое построение автоматизаций;
— закрытая экосистема; данные хранятся на облачных серверах; автоматизации работают через облачные сервера.
1.2 Google home
+ это google, интерфейс на высшем уровне;
— закрытая экосистема; автоматизации работают через облачные сервера; в приложении есть поддержка таких решений, о которых вообще не слышал.
1.3 Domoticz
+ открытая экосистема; большое русскоговорящие сообщество; облако через которое ты можешь зайти на свой сервер; язык для автоматизаций blockly — удобный и понятный;
— не которые вещи в нем реализовать очень сложно (или я не разобрался); не успевает обновляться документация; делаешь по написанному в Вики, а не работает, так как все поменялось; частые обновления.
1.4 HomeBridge — для поклонников apple, а так как я сторонник светлой стороны силы, прошел мимо
+ это Apple, интерфейс на высшем уровне и работать должно как часы;
— как мне сделать вот так? — А вам это не надо, мы в Apple решили, что вам нужно только так.
1.5 ioBroker — открыл интерфейс, закрыл и больше не открывал
+ были первооткрывателями много чего, хорошая поддержка многих устройств;
— такой интерфейс в 2020 году преступление.
1.6 MajorDomo — честно говоря как-то прошел мимо
+разработчики наши, мелочь, а приятно;
1.7 Home Assistant — вишенка на торте умного дома
+ открытая экосистема, нормальный интерфейс, который можно настроить самому как угодно, актуальная документация, поддержка всего чего угодно, может интегрироваться с Яндекс Алиса, Mi Home, Google home, HomeBridge, нет ничего невозможного для реализации, автоматизации ограничены только вашей фантазией;
— сложность освоения на первоначальном этапе.
Как вы уже догадались, мой выбор пал на Home assistant и далее речь пойдет о нем.
Железо
2.1 Роутер
Я живу в частном секторе, и у нас один провайдер местного масштаба, который тянет оптику и всем выдает изделие ZTE F660. Два месяца я с ним мучился, каждый день что-то отваливалось и не работало, пока не поменял его на Keenetic Ultra. Все проблемы с отвалами умных устройств как рукой сняло. Так что роутер ключевой элемент умного дома. Цена вопроса зависит от стоимости роутера.
2.2 Сервер
Для работы Home Assistant требуется сервер, на котором будут хранится все данные и управляться устройства умного дома. Тут есть несколько путей: можно установить Home Assistant на компьютер, старый ноутбук под Windows или на мини компьютеры под Linux или Ubuntu, которых сейчас бескрайнее множество, или на NAS. Тут все зависит от вашего желания и возможностей. Так как сервер должен работать в режиме 24/7, то я для себя выбрал вариант Raspberry pi 4b 4Gb. Потому что у него низкое энергопотребление, он бесшумный (эксплуатирую в безвентиляторном корпусе). У меня на нем работает Home Assistant и Plex (медиа сервер) в режиме 24/7 уже полгода, проблем с производительностью нет. Но если вы кроме этого хотите использовать какие-то еще ресурсы, то советую посмотреть в сторону NUC. Хотя начинал знакомиться с системой на Windows 10, но у меня вызывает вопросы ее стабильность с криворукими обновлениями, от которых больше вреда, чем пользы. При использовании Raspberry pi 4b, есть несколько нюансов, должен быть хороший блок питания, который выдает честные 3 А и нельзя устанавливать в безвентиляторном корпусе в закрытые ящики, так как ее рабочая температура около 50 градусов. Цена вопроса Raspberry pi 4b 4Gb около 4 тыс. руб. на Али.
2.3 Стандарты беспроводной связи умных устройств для умного дома
WiFi — он и в Африке WiFi. Для работы нужен WiFi роутер и чтобы устройство умного дома находилось в одной локальной сети с сервером. Большое количестве WiFi устройств особенно видеокамер, может влиять на скорость WiFi не умных устройств. Для стабильной работы умного дома нужен хороший WiFi роутер, причину описал ранее.
Zigbee- энергоэффективный (устройство может несколько лет работать от одной батарейки) стандарт беспроводной связи, позволяет строить ячеистые надежные сети. Для связи умных устройств Zigbee с сервером умного дома нужен координатор (шлюз). Без него умные устройства работать не будут, нужен именно Zigbee шлюз. В Zigbee несколько поколений стандартов, самые распространенные сейчас 2.0 и 3.0. Будьте внимательны шлюзы с поддержкой Zigbee 2.0 не будут работать с устройствами Zigbee 3.0. Новые Шлюзы Zigbee 3.0. имеют обратную совместимость и будут работать с устройствами старого стандарта.
Bluetooth — энергоэффективный (устройство может несколько лет работать от одной батарейки) стандарт беспроводной связи, последние его разновидности в частности Mesh, так же позволяет строить ячеистые надежные сети. Для связи умных устройств Bluetooth с сервером умного дома нужен координатор (шлюз). Без него умные устройства работать не будут, причем нужен именно Bluetooth шлюз.
2.4 Координатор или шлюз. Координатором в Home Assistant могут быть
Шлюзы различных производителей Xiaomi , Тuуа, Sonoff и д. р. Работают через облако (китайские сервера). В основном работают с умными устройствами своей экосистемы. Не поддерживают или не полностью поддерживают умные устройства других производителей. Цена вопроса около 2-3 тыс. руб. на Али.
Stick СС2531, СС2538, СС2652, вставляются в usb сервера, работают по протоколу zigbee2mqtt, поддерживают работу с устройствами большого количества различный производителей, поддержку конкретного устройства можно посмотреть у них на сайте. Работают в локальной сети, даже без интернета. Stick СС2531 не поддерживает больше 32 устройств, если планируете больше умных устройств в своей сети, обратите внимание на Stick СС2538, СС2652, они уже поддерживают более 100 устройств. Цена вопроса около 2 тыс. руб. продают их в Telegram.
SLS шлюз отдельно устройство, такое же как шлюзы Xiaomi , Тuуа, Sonoff, но так же работает по протоколу zigbee2mqtt. И работает со большим количеством различных производителей. Работают в локальной сети, даже без интернета. Цена вопроса около 3 тыс. руб. продают их в Telegram.
Мой путь
В конце 2019 года начитавшись статей на различных сайтах про умный дом приобрел стартовый набор Xiaomi для умного дома и один выключатель решил протестировать умный дом у себя в квартире. Все подключил установил Mi Home и счастливый начал эксплуатировать, так как набор был приобретен в Китае на Али, то работать в регионе Россия он отказался и пришлось его настраивать в регионе Китай. И автоматизация работала через китайские сервера, работала громко сказано. Складывалось впечатление, что майор в Китайском КГБ согласовывал включение света в моей квартире. Задержки в автоматизациях доходили до 5 секунд и работали через раз, 5 раз сработает на шестой нет (видно майор не разрешил). Помучившись неделю, поставил крест на умном доме, снял все датчики и положил в ящик. Тут бы могла история и закончится.
Но в марте 2020 году удалось приобрести частный дом в черновой отделке и решил умному дому быть начал изучать вопрос, перелопатив весь интернет приобрел stick СС2538 и установил Home Assistant на компьютер с Windows 10, сделал копипаст со статей в интернете. И о чудо все заработало задержек нет все включается моментально и работает.
Далее распланировал размещение основного электрооборудования в доме (розетки и выключатели), угадал расположение на 90 процентов, остальное решил купив накладные розетки. Приобрел Raspberry pi 4b 4Gb на Али, купил умные розетки и выключатели Xiaomi (дизайн понравился). Смонтировал все это хозяйство. Установил Home Assistant на Raspberry по урокам Alex Kvazis на youtube, кстати огромное ему спасибо на начальном этапе его уроки были не заменимы делал с них полную копию. Так как другой информации взять было неоткуда, есть хорошее русскоязычное сообщество по Home Assistant в Telegram, но на первом этапе и спросить то не понимаешь чего, и на 90% вопросов получал ответ читай документацию. Я ее честно читал но ничего понять не мог, злился. Сейчас понимаю парней, так же сижу в чате и ежедневно одни и те же вопросы повторяются. Так и хочется сказать читайте документацию. На первом этапе очень помог блог https://ivan.bessarabov.ru/, за что спасибо Ивану.
Начал эксплуатировать на stick СС2538, все работало четко и стабильно. Но тут решил купить светильники на али Xiaomi bluetooth mesh красивый дизайн, регулируется яркость и цветовая температура, так как stick не поддерживает данные устройства был куплен шлюз третий версии от Xiaomi. О нем расскажу отдельно благодаря усилиям @AlexxIT и его интеграции Xiaomi Gateway 3 для Home Assistant, данный шлюз превращается в уникальный продукт, позволяет одновременно параллельно работать умным устройствам и в Home Assistant и MiHome, только умные устройства должны быть Xiaomi. Так же Home Assistant с данным шлюзом можно интегрировать с Яндекс Алисой, Google home и HomeBridge. Так же отдельное спасибо хотел сказать @AlexITон сделал для развития популярности Home Assistant в русскоязычном сообществе очень много, является автором интеграций Sonoff LAN, Yandex.Station. Но есть ложка дегтя в бочке меда шлюза третий версии от Xiaomi, к сожалению производитель в новых прошивках шлюза даты производства с 10.2020 г. закрыл Telnet и теперь без паяльника шлюз в Home Assistant не интегрировать (говорят 10 минут работы и все сделано), но будьте в курсе.
Как вы уже догадались начиная с сентября я переехал на Xiaomi Gateway 3, уже более полугода все работает стабильно, сейчас у меня в эксплуатации 77 устройств Xiaomi, розетки, выключатели, различные датчики.
4. Сейчас уже реализовано
Управления всеми розетками и выключателями кухня
управления всеми розетками и выключателями, из любой точки мира
автоматизировано освещение туалета, ванной, коридора, прихожей, лестницы;
настроено адаптивное освещение, когда автоматически в течении дня меняется яркости и цветовая температура;
Мониторинг погоды
мониторинг погоды и микроклимата в доме
автоматизировано управление батареями в зависимости от температуры;
Мониторинг сервера
мониторинг наличия интернета и сервера;
автоматизировано управление подачи воды в зависимости от времени суток;
Датчики безопасности
сделаны датчики безопасности и уведомления в телеграмм протечка воды, задымления, загазованность, движение в доме, выключить все розетки, выключить весь свет в доме;
уведомления о нежелательных событиях в доме остановился котел, с работка датчиков безопасности;
Учет электроэнергии по группам
учет электроэнергии по группам потребителей;
Робот пылесос, увлажнитель
интегрированы различные устройства, с возможностью их управления;
время прибытия транспорта на остановку;
управление умным домом голосовыми командами Алиса и Эй google.
В планах
автоматизировать уличное освещение;
интегрировать ворота Алю тех в Home assistant;
автоматизировать полив растений
5. Где я ошибся
Приобретение умных выключателей, а затем умных лампочек. Адаптивный свет это классно, поэтому умные лампочки нужны, а с ними можно было установить глупые возвратные выключатели. Можно было сэкономить.
Покупка видеодомофона с камерами с Али, сейчас бы купил ip камеры и интегрировал в Home assistant.
Приобретение WiFi видеокамеры Xiaomi внутри дома, которая не интегрируется в Home assistant, сейчас бы купил Reolink.
Заключение
Умный дом повышает комфорт жизни, но требует массу времени и главная проблема превращается в Хобби, получаешь умный дом головного мозга. Сейчас все стабильно работает, а ты сидишь и думаешь а может еще какой датчик куда поставить и чего-то автоматизировать. Плюс главный риск когда все работает хорошо все классно, но в процессе отладки или сбоев у вашей семьи должно быть терпение и готовность к определенным трудностям, сколько раз за эти пол года я слышал от супруги, что как я достал с этой автоматизацией, когда в туалете или в ванной отключался свет, пока все отладил. Ну и самое главное должно быть физическое дублирование выключателями.
Это первая моя статья на habr, если тема умного дома интересна пишите в комментариях о чем хотите узнать все расскажу, просто Home assistant целая планета и в одной статье все не рассказать. Какие темы интересны, что хотите узнать подробней, если будет интерес напишу более подробный материал.
Умный дом, опыт построения, бег по граблям (MajorDomo, Tasmota и Алиса)
Решил обобщить и систематизировать накопленный опыт в создании умного дома. Началось все с управления розетками (светом) на даче – если уехал и забыл выключить свет, можно через интернет выключить и спать спокойно. Потом появилось ограничение по мощности и желание автоматически реагировать на превышение мощности отключением маловажных потребителей типа чайника. Ну а дальше уже сложно остановиться. Климат, автономное снабжение, комфортный свет и все это — не вкладывая много денег, хотя если все посчитать..
Если теорию знаете, можно перейти к моей истории поисков идеального решения.
NB! Так же для удобства, жирным курсивом подсветил названия технологий и платформ. А просто жирным — важные наблюдения или выявленные глобальные засады.
Ну, а теперь по порядку, немного теории
Умным домом принято называть что угодно, от 2 лампочек, управляемых по таймеру до сложной системы, реагирующей на множество факторов и делающей жизнь владельца комфортной.
В любом случае речь про управление устройствами, кратко их можно собрать в группы:
Бытовая техника (пылесосы, телевизоры, чайники, кондиционеры)
Лампочки/ленты (меняют цвет и яркость)
Датчики (мощность, напряжение, температура, влажность, концентрация газов)
Диммеры (пропорциональный выходной сигнал)
Исполнительные устройства (регуляторы температуры, привод штор)
Шлюзы (пульты, универсальные передатчики команд)
Построение умного дома начинается с выбора платформы. Разные платформы имеют разную функциональность, стоимость, сложность настройки. Например:
Умный дом Яндекс — нет логики, только команды, много совместимых устройств
Xiaomi (Aqara) – простые скрипты
Google Home – простые скрипты, много совместимых устройств
Domoticz – ограничен набор устройств, развитая логика
IFTTT — ограничен набор устройств, развитая логика
HomeAssistant — ограничен набор устройств, развитая логика, настройка интерфейса плагинами
Majordomo (php) — развитая логика, открытый проект, активно развивается, требует умения программировать.
Нужно заметить, что платформы от именитых производителей умеют работать друг с другом. То есть их экосистемы можно объединять, что существенно расширяет перечень подключаемых устройств. Кстати, о подключениях тут есть 2 аспекта: как подключаться физически и как общаться с концентратором умного дома.
Физически можно связываться через локальную компьютерную сеть (проводную или беспроводную), сеть малого радиуса (Bluetooth, ZigBee) или просто по радио или инфракрасному каналу (последнее обычно только в одну сторону работает).
Что же касается «языка» на котором общаются устройства, то тут вариантов много, но можно разделить на открытые (общедоступные) типа mqtt (сервис коротких сообщений через центральный сервер) или web-hook (обычные прямые ссылки на веб-сервер на борту устройства) и закрытые типа протокола Xioami/Redmond и прочих, которые известны только производителям.
Устройства – это хорошо, но что же ими управляет? Центральное устройство/ центр управления. Кстати, хабы типа Aqara это нифига не центральный модуль, а всего лишь концентратор сети ZigBee или какой иной, понравившейся производителю – логика остается в самих устройствах или на телефоне пользователя или в облаке.
Насколько я понял, большинство облачных сервисов не поддерживают логику. То есть в «Яндекс доме» можно узнать температуру и включить обогреватель. Но заставить Яндекс следить за температурой и держать в комфортном диапазоне – нет!
Для реализации логики нужен центральный блок, причем желательно локальный. Вот тут вариантов масса – поставить на свой домашний комп программу управления, собрать отдельный сервер, разместить сервер в облаке.
Как ни странно, дешевые микро ПК на ARM процессорах, например OrangePi, Nano Pi и прочие фруктовые Пи вполне тянут систему с базой данных, брокером сообщений и веб-интерфейсом. Не говорю уже про Raspberry – это вообще, как заговоренные.
Из программных серверов умного дома можно выделить популярные: Blynk (есть вариант облака и локальный), IFTTT (чисто облако, но с мобильным приложением), Home Assistant, Domotics, Majordomo.
История рождения моего умного дома
На момент начала моей автоматизации, у меня были штук 6 устройств SonOff (у них родное приложение и облако – eWeLink), управлял розетками на даче. И поставил камеры Xiaomi Dafang (камеры не понимали русский, но это PTZ, FullHD, да еще и стоили всего 2 тысячи рублей каждая). Камеры принесли на дачу постоянный интернет (мобильный), роутер. А также облако Xiaomi. Итого, 2 облака – Xiaomi + eWeLink. Надо было собирать в единую панель управления. Первым был установлен HomeAssistant, даже игрался с камерами (хотел на датчик движения у камер прикрутить и сохранять в системе). Но дальше скриншотов, и то не всегда, дело не пошло. С SonOff вообще не смог подружить. Решив, что логика для розеток все-таки важнее, начал играться с MajorDomo, который имел для этих устройств коннектор, а также более-менее понятный интерфейс настроек (субъективно, да, php+html, объектно-ориентированная модель).
Первый тревожный звоночек пришел от Роскомнадзора – в попытке убить телеграмм (безуспешной) они прибили доступ ко многим облакам, в том числи и Xiaomi. В середине зимы было очень неприятно оказаться без видеонаблюдения за дачей, расположенной в 100 км от дома..
Итог – камеры перепрошиты на Dafang Hack (прошивка делающая локальный RTSP сервер потокового видео) и первая моя Raspberry c MotionEyeOS (локальный видео сервер), а также белый IP дома и VPN между домом и дачей (на роутерах Mikrotik). Локальный сервер держит архив на 500Гб (пара месяцев с двух камер), питается от аккумулятора (до 3 дней без света).
Для логики нужно не только управлять, но и контролировать, для этого купил SonOff POW R2 – это фактически, счетчик электроэнергии с выключателем на 16А (стоимость по 750 рублей). Это позволило при включении посудомоечной машины, бойлера для воды (суммарно 4 кВт) блокировать розетку с чайником. Сейчас это модно называется DemandResponse. А так же стало возможно контролировать работоспособность насосов водоснабжения и канализации (по графику дренаж включается и на графике мощности есть пики, по которым можно понять, много ли воды и вообще, не завис ли поплавок!) — дистанционная диагностика оборудования. Так же для управления низковольтными устройствами (включение дизельного отопителя, насоса аэрации воды для очистки, отключения зарядника от аккумулятора, когда нет напряжения в сети СНТ) был куплен клон SonOff G4 – четырехканального реле с радиопультом (еще 1100 рублей).
Второй «звоночек» пришел от eWeLink – с выходом в массы устройства контроля напряжения SonOff POW R2 поток через их сервер, видимо, стал превышать их возможности (ток, напряжение, мощность активная, мощность реактивная, мощность полная, коэффициент мощности и все это 5 раз в секунду с каждого такого устройства) и они решили, что датчики будут телеметрию слать один раз в минуту. То есть у вас уже минуту мощность за разумными рамками или напряжение просело до Америки (113 вольт реально было летом), а умный дом живет в розовых мечтах, что все хорошо.
Итог – модуль MojorDomo для локального режима SonOff и окончательный переход на MajorDomo на Orange Pi (стоила около 1000 рублей всего, пришлось осваивать Linux, а точнее – Armbian и по инструкциям ставить MajorDomo). Но недолго музыка играла… SonOff почувствовали что-то неладное и очередная прошивка на их сервере отрубила локальный режим, то есть только через облако, только раз в минуту..
Полная локализация
Так как умный дом к этому моменту управлял в том числе зарядкой аккумулятора и переключением на инвертор в случае аварии, зависеть от облака на «вражеских» серверах, а так же наличия связи с интернет показалось не очень разумной идеей.
Очередной шаг – перепрошивка всех устройств на Tasmota, отказ от протокола eWeLink и уход на MQTT. Это, кстати, открыло путь в полный лоукост – прошивка легко настраивается, а плата Wemos из Китая стоит всего 120 рублей, при этом на борту 12 линий для подключения периферии, АЦП, WiFi. Так число устройств в умном доме увеличилось раза в 3 – выключатели, датчики напряжения на АКБ, датчики температуры и влажности (кстати, оказалось, что лучший AM2301 – это AM2320! Программно совместим с AM2301, который еще называют DHT21, но при этом стабилен, не глючит и не зависает).
Тут Остапа понесло и в умном доме появились солнечные панели, 2 контроллера (один PWM, второй — MPPT), датчики тока от солнечных панелей в систему и на АКБ (просто по напряжению на клеммах степень заряда не измерить). От АКБ, кстати, на этот момент питаются 3 камеры, 2 микросервера, 2 роутера, общее потребление примерно 40Вт постоянно.
После примерно полугода, когда все было настроено и отлажено пришла беда – умерла карта памяти. Свежего бэкапа не оказалось – все ждал идеального состояния, не дождался. Изучил, какие карты бывают – узнал про MicroSD A2 – это карты с контроллером, как у SSD дисков — то есть много и часто писать/читать мелкие файлы им не страшно. Настроил, по памяти восстановил логику и оформление, сделал бэкап. Через месяца три началось неладное – зависания, тормоза при открытии графиков за месяц. Анализ (я почти стал спецом по Linux) показал, что база данных тупит из-за очень большого числа накопленных данных. Пришлось делать удаление старых данных, оставляя только по 2 отсчета за минуту для данных старше месяца. Помогло, но не сильно. Надежда была на плату с большим объемом памяти – Orange Pi One Plus (700 рублей), но не судьба. В итоге куплена Raspberry Pi4 c 2Гб памяти на борту, а для этой палаты есть оптимизированный образ MajorDomo – и о чудо, там все отлично – БД крутится полностью в памяти, раз в час сбрасывается на карту бэкап, в случае незапланированного падения, при загрузке восстанавливается состояние на начало часа.
Все это было отлично, управляется с компьютера, с телефона (экран на картинке – там 2 таких сцены, одна для управления и климата, вторая для телеметрии).
Но вот беда – чтобы включить свет надо все равно тянуться за телефоном и тыкать мелкие кнопки. А на даче еще и родители бывают, а для них много кнопок на экране – слишком сложно.
Появление голосового управления
И вот тут я задумался, что пора подключать голосовой помощник. Сначала думал про Google Assistant/Home, но увидав, что они творят со своим президентом, да еще к новому году отключили поддержку русского на колонках (оставив только на телефонах), решил, что вполне реально повторение с отключенными облаками Xiaomi и eWeLink. В итоге, Алиса от Яндекса. Каково же было мое удивление, когда увидел, что есть стандартный коннектор (навык Алисы) к MajorDomo! Яндекс станция мини отлично подошла по функциям и размеру, более того, нашел и обратный коннектор – из MajorDomo можно выдавать команды на устройства, подключенные к Алисе – пультам кондиционеров, телевизиров и даже роботу-пылесосу. И это не считая проговаривания статусов типа «внимание, работаем от аккумуляторов!». Соединение с Алисой можно сделать двумя способами – через платный сервис Connect (2 тысячи рублей в год, бонусом облачные бэкапы) или через Яндекс.Диалоги – для этого надо SSL сертификат на сайт, белый IP, и выставленный в интернет сайт с MajorDomo, то есть свет или отопление сможет отключить случайный прохожий. В общем, 2к в год – не большая цена за сохранение комфорта, да и SSL покупать не надо.
Естественно, управление через Яндекс – это чисто функция комфорта, основная логика реализована на локальном уровне.