какие датчики используются в умном доме

Элементы системы «Умный Дом»: для чего нужны датчики

Собрать «умный дом» «из коробки» по силам любому человеку. Один из важнейших элементов этой системы — датчики. Из материала вы узнаете, для чего они нужны и, где их ставить.

Умный дом, что это такое? Для чего он нужен?

«Умный дом» — это загородный дом, в котором всеми устройствами и инженерным оборудованием, по заранее созданным сценариям, управляет единая автоматизированная система, с возможностью удалённого доступа с помощью мобильного устройства.

Пользователь, в любой момент времени, и из любой точки мира, может контролировать все системы жизнеобеспечения в доме и получать уведомления об их работе на мобильный телефон.

Каким оборудованием может управлять система «Умного дома»?

«Умный дом» может управлять:

А что нужно купить, чтобы смонтировать систему «Умного дома»?

Для чего нужен датчик утечки газа? Как он работает в «умном доме»?

Датчик устанавливается на газовом оборудовании. Он реагирует на повышенную концентрацию газа в помещении. При утечке газа, включается сигнал тревоги и световая индикация на корпусе устройства, а на мобильное устройство пользователя отправляется уведомление об аварии.

Как работает датчик задымления? Зачем он нужен «умному дому»?

Датчик работает так — при повышении допустимой концентрации дыма включается сирена. В системе «Умного дома», на мобильное устройство пользователя придёт оповещение.

Например, включится аварийное освещение, светосигнализация, запустится система дымоудаления, перекроются вентили газового оборудования. Чтобы быстро покинуть дом в ночное время, будет подсвечена лестница. Также пойдёт сигнал вызова в пожарную часть.

Как датчик протечки воды в «умном доме» защищает ваше имущество от порчи, а соседей от затопления?

Эти датчики ставятся в местах вероятных протечек воды — на пол в ванной комнате, под мойкой, стиральной машиной, под трубами и батареями отопления.

Он отправляет на мобильное устройство владельцев недвижимости уведомление об аварии и, одновременно, даёт команду исполняющему устройству — запорной арматуре, например, шаровому крану с электроприводом, перекрыть подачу воды в доме или в квартире.

Для чего нужны датчики движения и «умное освещение»?

Рассмотрим стандартные бытовые сценарии:

А теперь рассмотрим, как работает освещение в «умном доме»:

По теме «умного дома» советуем изучить «Умный Дом» на KNX’се в Германии.

Источник

Датчики «умного дома»: основные виды, их характеристики, особенности монтажа

Отправим материал на почту

Функционирование современного «умного дома» основывается на применении целого комплекса разных датчиков. Они тщательно отслеживают всевозможные параметры окружающей среды. Специалисты разделяют такие устройства на две огромные подгруппы: детекторы движения и приборы измерения показателей. Невзирая на разнообразие конструкций последних, все они работают по одному и тому же принципу: периодически передают собранную информацию на основной управляющий модуль. Происходит это с помощью GSM-связи, Wi-Fi либо радиосигнала. В итоге базовый блок анализирует полученные данные, отдает приказ устройствам для выполнения необходимых действий. Чтобы установить в своем жилище какие-либо датчики, важно ознакомиться с их видами, основным предназначением, способом функционирования.

«Умный дом» – что это?

В таком жилье всем инженерным оборудованием и различными приборами управляет единственная автоматизированная система. Необходимые действия программируются заранее и у жильцов, как правило, есть удаленный доступ к центральному блоку. Он организовывается при помощи подходящего мобильного устройства. Благодаря этому пользователи могут на любом расстоянии контролировать важные системы жизнеобеспечения в жилом здании, регулярно получать сообщения об их функционировании на гаджет.

При обустройстве «умного дома» возможно организовать управление следующими системами:

В обычном жилище вышеуказанные системы функционируют независимо, в «умном доме» они связаны между собой в централизованную сеть, находятся под общим контролем. Это значительно повышает уровень комфорта пользователей. Количество датчиков, а также исполнительных устройств напрямую зависит от потребностей жильцов.

Какие приборы необходимы для обустройства «умного дома»

Чтобы самостоятельно обустроить независимую систему жизнеобеспечения в жилом здании, требуется приобрести следующие устройства:

Монтаж системы начинается с размещения детекторов, замены обыкновенных выключателей и розеток на приборы из комплекта. Потом все установленные элементы программируются, соединяются с базовым контроллером.

Видео описание

Датчики утечки газа

Даже малейшее вытекание газа чрезвычайно опасно для любого здания: оно угрожает как его целостности, так и жизни самих владельцев. Предупредить такую катастрофу помогут датчики для умного дома с чувствительным газоанализатором. В их конструкцию обязательно входит детектор выявления метана. Он мгновенно срабатывает, если газовая концентрация внутри помещения составляет всего несколько процентов от взрывоопасного предела.

В случае срабатывания такой прибор подает сигнал на пульт управления, смартфон пользователя. В это же время включается звуковое оповещение. Некоторые современные модели способны самостоятельно закрывать вентиль в газомагистрали, останавливая при этом утечку газа. Так происходит, если в газопровод предварительно установлен электронный клапан, которым можно управлять с помощью реле детектора.

Датчик движения

Через централизованный модуль управления такое устройство соединяется с системой видеонаблюдения. Оно активирует последнюю тотчас же после появления в области обозрения любого движущегося объекта. Одновременно возможны включение сигнализации, передача сигнала тревоги на удаленный гаджет хозяина.

Сверхчувствительные датчики присутствия в умном доме также используются для экономии электрической энергии. Если они фиксируют любое перемещение объекта в какой-либо комнате, то там происходит мгновенное включение освещения. Обычно подобные устройства оснащаются сверхчувствительными инфракрасными сенсорами, которые реагируют на движение людей, а также на их тепловое излучение. Такой принцип действия приборов не допускает ошибочных срабатываний детектора (например, от перемещения предметов под влиянием сквозняком). Дополнительно можно настроить границу сработки, зависящую от размеров движущегося объекта. Тогда датчик отреагирует на человека, но проигнорирует появление небольшой собаки, кошки.

Датчик протечки

Способен определить затопление какой-либо комнаты, вовремя отключить водоснабжение. Его особенно важно использовать, если жильцы целыми днями отсутствуют в доме. Ведь внезапный прорыв водопровода, повреждение крана могут повлечь за собой существенные финансовые расходы на ремонт жилища.

Детекторы утечки воды обычно монтируются на половом покрытии в местах, где существует высокая вероятность затопления. Зачастую такие приборы работают на батарейках, потому они вовсе не мешают жильцам передвигаться по комнате. Когда попавшая внутрь датчика жидкость замыкает контакты, то сам механизм передает сигнал на централизованный пульт управления, вместе с тем включается звуковой оповещатель.

С целью повышения эффективности работы подобных устройств, на водопроводные трубы устанавливаются электронные запорные клапаны. В таком случае поступление воды прерывается автоматически тотчас же после срабатывания прибора.

Пожарная сигнализация

Основную часть любой противопожарной системы составляют датчики, которые мгновенно реагируют на существенное повышение температуры, появление дыма внутри помещений. Они снабжаются различными видами механизмов:

Также в продаже можно увидеть приборы, функционирующее в нескольких режимах одновременно: они содержат два и больше (разных по предназначению) детекторов. Все датчики умного дома соединяются при помощи современной беспроводной связи либо проводами с центральным модулем, который осуществляет управление системой пожарной безопасности. В случае обнаружения малейшего возгорания он обесточивает все здание, запускает процедуру пожаротушения, обязательно передает сигнал тревоги владельцу.

Датчики открытия окон или дверей

Извещают хозяев о проникновении посторонних людей в дом. Когда открывается дверь либо окно, внутри прибора происходит размыкание контактов. Последнее провоцирует моментальное срабатывание устройства, которое тотчас же (зависимо от настроек) отправляет владельцу соответствующее извещение, оповещает дежурных охранной фирмы, запускает сирену.

Датчики освещенности и температуры

Функционирование «умного дома» трудно представить без детектора температуры. Он обеспечивает комфортный микроклимат в жилом задании. Оптимальный температурный режим поддерживается с помощью тепловых индикаторов, которые передают собранную информацию на управляющий модуль. Исходя из текущих настроек, последний отдает приказ на включение кондиционера, обогревательных устройств.

Датчик освещенности применяются с целью экономии электрической энергии. Если, уходя из дома, жильцы не выключили свет, то этот прибор (при определенных условиях) автоматически отключит светильники. С приходом темного периода суток детекторы могут включать освещение на приусадебном участке. Отдельные умные устройства способны постепенно уменьшать силу тока, который подается на лампочки, регулировать яркость свечения.

Дополнительные функции

В организации «умного дома» иногда применяются специфические, менее востребованные среди пользователей приборы:

Выбор датчиков для современного «умного дома» во многом зависит от потребностей жильцов. Прежде чем планировать обустройство этой системы в своем жилище, важно определиться с видами таких приборов, а также их оптимальным количеством.

Видео описание

Умный дом своими руками. Монтаж системы.

Заключение

Обустройство «умного дома» никак не обходится без установки различных детекторов. Каждый из них предназначен для выполнения определенных задач, является важной частью централизованной системы управления. Если при отсутствии владельцев внутри жилища происходит аварийная ситуация (утечка газа, возгорание, потоп), в здание пробираются посторонние люди либо возникают прочие возможные проблемы, то центральный пульт автоматически отдает наказы на выполнение тех или иных защитных действий, а хозяин тотчас же получает соответствующее сообщение на свое мобильное устройство. Это позволяет предупредить многие опасные ситуации, сохранить жилье, а иногда и спасти человеческие жизни.

Источник

Облачный Умный Дом. Часть 1: Контроллер и датчики

Сегодня, благодаря бурному развитию микроэлектроники, каналов связи, Интернет-технологий и Искусственного Интеллекта, тема умных домов становится все более и более актуальной. Человеческое жилище претерпело существенные изменения со времен каменного века и в эпоху Промышленной Революции 4.0 и Интернета Вещей стало удобным, функциональным и безопасным. На рынок приходят решения, превращающие квартиру или загородный дом в сложные информационные системы, управляемые из любой точки мира с помощью смартфона. Причем, для человеко-машинного взаимодействия уже не требуются знания языков программирования, — благодаря алгоритмам распознавания и синтеза речи человек говорит с умным домом на родном языке.

Некоторые системы умного дома, представленные сейчас на рынке, являются логичным развитием систем облачного видеонаблюдения, разработчики которых осознали необходимость в комплексном решении не только для контроля, но и для управления удаленными объектами.

Вашему вниманию предлагается цикл из трех статей, где будет рассказано о всех основных компонентах системы облачного умного дома, лично разработанной автором и запущенной в эксплуатацию. Первая статья посвящена оконечному клиентскому оборудованию, устанавливаемому внутри умного дома, вторая — архитектуре системы облачного хранения и обработки данных, и, наконец, третья — клиентскому приложению для управления системой на мобильных и стационарных устройствах.

Оборудование для умного дома

Сперва поговорим о том, как из обыкновенной квартиры, дачи или коттеджа сделать умный дом. Для этого, как правило, требуется разместить в жилище следующее оборудование:

В настоящее время широкое распространение получили беспроводные датчики, работающие по протоколам RF433, Z-Wave, ZigBee, Bluetooth и WiFi. Их главные преимущества — удобство монтажа и использования, а также дешевизна и надежность, т.к. производители стремятся вывести свои устройства на массовый рынок и сделать их доступными рядовому пользователю.

Датчики и исполнительные устройства, как правило, подключаются по беспроводному интерфейсу к контроллеру умного дома (6) — специализированному микрокомпьютеру, объединяющему все эти устройства в единую сеть и управляющему ими.

Впрочем, некоторые решения могут совмещать в себе датчик, исполнительное устройство и контроллер одновременно. Например, умная розетка может быть запрограммирована на включение или выключение по расписанию, а камера облачного видеонаблюдения умеет записывать видео по сигналу детектора движения. В простейших случаях можно обойтись без отдельного контроллера, но для создания гибкой системы со множеством сценариев он необходим.

Для подключения контроллера умного дома к глобальной сети может быть использован обычный Интернет-роутер (7), который уже давно стал привычным бытовым прибором в любом доме. Здесь есть еще один аргумент в пользу контроллера умного дома — если пропадет связь с Интернет, то умный дом продолжит работу в штатном режиме благодаря блоку логики, хранящейся внутри контроллера, а не в облачном сервисе.

Контроллер умного дома

Контроллер для системы облачного умного дома, рассматриваемой в данной статье, разработан на основе одноплатного микрокомпьютера Raspberry Pi 3 model B+, который был выпущен в марте 2018 года и обладает достаточными ресурсами и производительностью для задач умного дома. В его состав входит четырехядерный процессор Cortex-A53 на 64-битной архитектуре ARMv8-A, с тактовой частотой 1.4 ГГц, а также 1 ГБ ОЗУ, Wi-Fi 802.11ac, Bluetooth 4.2 и гигабитный адаптер Ethernet, работающий через шину USB 2.0.

Сборка контроллера очень проста — микрокомпьютер (1) устанавливается в пластиковый корпус (2), далее в него в соответствующие слоты устанавливается 8 ГБ карта памяти в формате microSD с программным обеспечением (3) и USB-контроллер сети Z-Wave (4). Контроллер умного дома подключается к электросети через адаптер питания 5В, 2.1А (5) и кабель USB — micro-USB (6). Каждый контроллер имеет уникальный идентификационный номер, который записывается в файле конфигурации при первом запуске и необходим для взаимодействия с сервисами облачного умного дома.

Программное обеспечение контроллера умного дома разработано автором данной статьи на основе операционной системы Linux Raspbian Stretch. Оно состоит из следующих основных подсистем:

База данных контроллера умного дома реализована на основе встраиваемой СУБД SQLite и представляет собой файл на SD-карте с системным ПО. Она служит хранилищем конфигурации контроллера — информации о подключенном оборудовании и его текущем состоянии, блока логических продукционных правил, а также информации, требующей индексации (например, имен файлов локального видеоархива). При перезагрузке контроллера эта информация сохраняется, что делает возможным восстановление работоспособности контроллера в случае сбоев электропитания.

Графический интерфейс контроллера умного дома разработан на языке PHP 7 с использованием микрофреймворка Slim. За работу приложения отвечает веб-сервер lighttpd, часто применяющийся во встраиваемых устройствах благодаря своей хорошей производительности и низким требованиям к ресурсам.

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

Основной функцией графического интерфейса является подключение оборудования умного дома (IP-камер видеонаблюдения и датчиков) к контроллеру. Веб-приложение считывает конфигурацию и текущее состояние контроллера и подключенных к нему устройств из БД SQLite. Для изменения конфигурации контроллера оно посылает управляющие команды в формате JSON через интерфейс RESTful API серверного процесса.

Серверный процесс

Серверный процесс — ключевой компонент, выполняющий всю основную работу по автоматизации информационных процессов, составляющих основу умного дома: получение и обработку сенсорных данных, выдачу управляющих воздействий в зависимости от заложенной логики. Назначение серверного процесса — взаимодействие с оборудованием умного дома, выполнение продукционных логических правил, получение и обработка команд от графического интерфейса и облака. Серверный процесс в рассматриваемом контроллере умного дома реализован как многопоточное приложение, разработанное на языке С++ и запускаемое как отдельный сервис systemd операционной системы Linux Raspbian.

Основными блоками серверного процесса являются:

Главным компонентом серверного процесса является диспетчер сообщений, который маршрутизирует сообщения в формате JSON для всех блоков серверного процесса. Типы информационных полей JSON-сообщения и значения, которые они могут принимать, перечислены в таблице:

Например, сообщение от детектора движения камеры выглядит следующим образом:

Продукционная логика

Чтобы получить или отправить сообщение от диспетчера, блок серверного процесса подписывается на сообщения определенного типа. Подписка представляет собой продукционное логическое правило типа «Если …, то … », представленное в JSON формате, и ссылку на обработчик сообщения внутри блока серверного процесса. Например, чтобы сервер IP-камеры мог получать команды от графического интерфейса и облака, нужно добавить следующее правило:

Если условия, указанные в антецеденте (левой части) правила являются истинными, то выполняется консиквент (правая часть) правила, и обработчик получает доступ к телу JSON-сообщения. В антецеденте поддерживаются логические операторы, выполняющие сравнение JSON-пар «ключ-значение»:

Точно такой же механизм, основанный на JSON-сообщениях и правилах продукций в JSON формате, применяется в блоке сервера продукционной логики для представления знаний и осуществления логического вывода с использованием сенсорных данных с датчиков умного дома.

Пользователь с помощью мобильного приложения составляет сценарии, по которым должен функционировать умный дом. Например: «Если сработал датчик открытия входной двери, то включить свет в прихожей». Приложение считывает из базы данных идентификаторы датчиков (датчик открытия) и исполнительных устройств (умная розетка или умная лампа) и формирует логическое правило в формате JSON, которое пересылается в контроллер умного дома. Более подробно этот механизм будет рассмотрен в третьей статье нашего цикла, где пойдет речь о клиентском приложении для управления умным домом.

Рассмотренный выше механизм продукционной логики реализован с помощью библиотеки RapidJSON — SAX-парсера формата JSON на языке С++. Последовательное чтение и разбор массива продукционных правил позволяет легко реализовать функцию сопоставления данных внутри антецедентов:

Здесь pFact — структура, содержащая пары «ключ-значение» из JSON-сообщения, m_Rules — строковый массив продукционных правил. Сопоставление входящего сообщения и правила продукции производится в функции reader.Parse(ruleStream, ruleHandler), где ruleHandler — это объект, содержащий логику булевых операторов и операторов сравнения. sRuleId — уникальный идентификатор правила, благодаря которому возможно хранить и редактировать правила внутри базы данных контроллера умного дома. m_pActions — массив с результатами логического вывода: JSON-сообщениями, содержащими консиквенты из базы правил и пересылаемые далее в диспетчер сообщений, чтобы потоки-подписчики могли их обработать.

Производительность RapidJSON сопоставима с функцией strlen(), а минимальные требования к системным ресурсам позволяют использовать эту библиотеку во встраиваемых устройствах. Использование сообщений и логических правил в JSON-формате позволяет реализовать гибкую систему информационного обмена между всеми компонентами контроллера умного дома.

Датчики и исполнительные устройства Z-Wave

Главное преимущество умного дома в том, что он умеет самостоятельно измерять различные параметры внешней среды и выполнять полезные функции в зависимости от ситуации. Для этого к контроллеру умного дома подключаются датчики и исполнительные устройства. В текущей версии — это беспроводные устройства, работающие по протоколу Z-Wave на специально выделенной частоте 869 МГц для России. Для своей работы они объединяются в mesh-сеть, в которой присутствуют ретрансляторы сигнала, чтобы увеличить зону покрытия. Также устройства имеют специальный режим энергосбережения — большую часть времени они проводят в спящем режиме и отправляют информацию только при изменении своего состояния, что позволяет существенно продлить жизнь встроенной батареи.

На рынке сейчас можно найти достаточно большое количество различных устройств Z-Wave. В качестве примера рассмотрим несколько:

В серверном процессе контроллера умного дома, рассмотренном в предыдущем пункте, за взаимодействие с устройствами Z-Wave отвечает сервер Z-Wave. Для получения информации с датчиков он использует библиотеку OpenZWave на языке С++, которая предоставляет интерфейс для взаимодействия с USB-контроллером сети Z-Wave и работает со множеством датчиков и исполнительных устройств. Значение параметра внешней среды, измеренной датчиком, записывается сервером Z-Wave в виде JSON-сообщения:

Далее оно пересылается в диспетчер сообщений серверного процесса, чтобы потоки-подписчики могли его получить. Основным подписчиком является сервер продукционной логики, который сопоставляет значения полей сообщения в антецедентах логических правил. Результаты логического вывода, содержащие команды управления, пересылаются обратно в диспетчер сообщений и оттуда попадают в сервер Z-Wave, который их декодирует и отсылает в USB-контроллер сети Z-Wave. Далее они попадают в исполнительное устройство, которое меняет состояние объектов внешней среды, и умный дом, таким образом, совершает полезную работу.

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

Подключение устройств Z-Wave производится в графическом интерфейсе контроллера умного дома. Для этого нужно перейти на страничку со списком устройств и нажать кнопку «Добавить». Команда добавления через интерфейс RESTful API попадает в серверный процесс и, затем, пересылается диспетчером сообщений серверу Z-Wave, который переводит USB-контроллер сети Z-Wave в специальный режим добавления устройств. Далее, на устройстве Z-Wave нужно произвести серию быстрых нажатий (3 нажатия в течении 1,5 секунд) сервисной кнопки. USB-контроллер подключает устройство в сеть и отправляет информацию о нем в сервер Z-Wave. Тот, в свою очередь, создает новую запись в БД SQLite с параметрами нового устройства. Графический интерфейс по истечении заданного интервала времени возвращается на страничку списка устройств Z-Wave, считывает информацию из БД и отображает новое устройство в списке. Каждое устройство при этом получает свой уникальный идентификатор, который используется в правилах продукционного логического вывода и при работе в облаке. Работа этого алгоритма показана на UML-диаграмме:

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

Подключение IP-камер

Система облачного умного дома, рассматриваемая в данной статье, является модернизацией системы облачного видеонаблюдения, также разработанной автором, которая уже несколько лет присутствует на рынке и имеет множество инсталляций в России.

Для систем облачного видеонаблюдения одной из острых проблем является ограниченный выбор оборудования, с которым можно произвести интеграцию. Программное обеспечение, отвечающее за подключение к облаку, устанавливается внутри видеокамеры, что сразу же предъявляет серьезные требования к ее аппаратной начинке — процессору и количеству свободной памяти. Этим, главным образом, и объясняется более высокая цена камер облачного видеонаблюдения по сравнению с обычными IP-камерами. Кроме этого, требуется длительный этап переговоров с компаниями-производителями камер видеонаблюдения для получения доступа к файловой системе камеры и всех необходимых средств разработки.

С другой стороны, все современные IP-камеры имеют стандартные протоколы для взаимодействия с другим оборудованием (в частности, видеорегистраторами). Таким образом, использование отдельного контроллера, осуществляющего подключение по стандартному протоколу и трансляцию видеопотоков с IP-камер в облако, предоставляет существенные конкурентные преимущества для систем облачного видеонаблюдения. Более того, если у клиента была уже установлена система видеонаблюдения на основе простых IP-камер, то появляется возможность ее расширения и превращения в полноценный облачный умный дом.

Самый популярный протокол для систем IP-видеонаблюдения, поддерживаемый сейчас всеми без исключения производителями IP-камер, — это ONVIF Profile S, спецификации которого существуют на языке описания веб-сервисов WSDL. С помощью утилит из инструментария gSOAP возможно сгенерировать исходный код сервисов, работающих с IP-камерами:

В результате мы получаем набор заголовочных «*.h» и исходных «*.cpp» файлов на языке С++, который можно поместить прямо в приложение или отдельную библиотеку и откомпилировать с помощью компилятора GCC. Из-за множества функций код получается большим и требует дополнительной оптимизации. Микрокомпьютер Raspberry Pi 3 model B+ обладает достаточной производительностью, чтобы исполнять этот код, но в случае, если возникнет необходимость портировать код на другую платформу, необходимо правильно подобрать процессорную архитектуру и системные ресурсы.

IP-камеры, поддерживающие стандарт ONVIF, при функционировании в локальной сети подключаются к специальной мультикастовой группе с адресом 239.255.255.250. Существует протокол WS-Discovery, который позволяет автоматизировать поиск устройств в локальной сети.

В графическом интерфейсе контроллера умного дома реализована функция поиска IP-камер на языке PHP, который очень удобен при взаимодействии с веб-сервисами посредством XML-сообщений. При выборе пунктов меню Устройства > IP-камеры > Сканирование запускается алгоритм поиска IP-камер, выводящий результат в виде таблицы:

(кликните на картинку, чтобы открыть в большем разрешении)

При добавлении камеры в контроллер можно указать настройки, в соответствии с которыми она будет взаимодействовать с облаком. Также на этом этапе ей автоматически присваивается уникальный идентификатор устройства, по которому ее в дальнейшем можно будет легко иденифицировать внутри облака.

Далее формируется сообщение в формате JSON, содержащее все параметры добавляемой камеры, и отправляется в серверный процесс контроллера умного дома через команду RESTful API, где параметры камеры декодируются и сохраняются во внутренней БД SQLite, а также используются для запуска следующих потоков обработки:

Для установления соединения с камерами, транскодирования, обработки и записи видеопотоков в серверном процессе используются функции из библиотеки FFmpeg 4.1.0.

В эксперименте на тестирование производительности к контроллеру были подключены 3 камеры:

Все три потока одновременно выводились в облако, транскодирование звука осуществлялось только с одной камеры, запись локального архива была отключена. Загрузка CPU составила примерно 5%, использование RAM — 32 МБ (на процесс), 56 МБ (всего вместе с ОС).

Таким образом, к контроллеру умного дома можно подключить примерно 20 — 30 камер (в зависимости от разрешения и битрейта), что достаточно для системы видеонаблюдения трехэтажного коттеджа или небольшого склада. В задачах, где требуется большая производительность, можно использовать неттоп с многоядерным процессором Intel и ОС Linux Debian Sarge. В настоящее время контроллер проходит опытную эксплуатацию, и данные о производительности его работы будут уточняться.

Взаимодействие с облаком

Облачный умный дом хранит пользовательские данные (видео и измерения датчиков) в облаке. Более подробно архитектура облачного хранилища будет рассмотрена в следующей статье нашего цикла. Сейчас поговорим об интерфейсе передачи информационных сообщений от контроллера умного дома в облако.

Состояния подключенных устройств и измерения датчиков передаются по протоколу MQTT, который часто применяется в проектах Интернета Вещей из-за простоты и энергоэффективности. MQTT использует клиент-серверную модель, когда клиенты подписываются на определенные топики внутри брокера и публикуют свои сообщения. Брокер рассылает сообщения всем подписчикам по правилам, определяемым уровнем QoS (Quality of Service):

Для передачи сообщений о состоянии контроллера умного дома используется механизм сохраненных сообщений retained messages протокола MQTT. Это позволяет правильно отслеживать моменты переподключений при сбоях электропитания.

MQTT-клиент был разработан на основе реализации библиотеки Eclipse Paho на языке С++.

Медиапотоки H.264 + AAC отправляются в облако по протоколу RTMP, где за их обработку и хранение отвечает кластер медиасерверов. Для оптимального распределения нагрузки в кластере и выбора наименее загруженного медиасервера контроллер умного дома делает предварительный запрос к облачному балансировщику нагрузки и только после этого отправляет медиапоток.

Заключение

В статье была рассмотрена одна конкретная реализация контроллера умного дома на базе микрокомпьютера Raspberry Pi 3 B+, который умеет получать, обрабатывать информацию и управлять оборудованием по протоколу Z-Wave, взаимодействовать с IP-камерами по протоколу ONVIF, а также обменивается данными и командами с облачным сервисом по протоколам MQTT и RTMP. Разработан движок продукционной логики на основе сопоставления логических правил и фактов, представленных в JSON формате.

Сейчас контроллер умного дома проходит опытную эксплуатацию на нескольких объектах в Москве и Подмосковье.

В следующей версии контроллера планируется подключение устройств других типов (RF, Bluetooth, WiFi, проводные). Для удобства пользователей процедура подключения датчиков и IP-камер будет перенесена в мобильное приложение. Также есть идеи по оптимизации кода серверного процесса и портировании программного обеспечения на операционную систему OpenWrt. Это позволит сэкономить на отдельном контроллере и перенести функционал умного дома в обычный бытовой роутер.

Источник