Многие пытаются собрать «Умный дом» своими руками. При выборе системы стоит учитывать не только ассортимент и стоимость конченых устройств, но и возможности контроллера. Большинство контроллеров сразу готовы к работе «из коробки», но представляют ограниченные возможности. Однако нередко именно гибкость и возможность лёгкой интеграции является основополагающим критерием при выборе.
И вот, появился долгожданный «кубик Lego» для систем автоматизации на базе технологии Z-Wave, который обладает желаемой гибкостью и в то же время большим функционалом и низкой ценой.
Плата расширения RaZberry для Raspberry Pi, превращает самый популярный и дешёвый мини-компьютер в Z-Wave контроллер домашней автоматизации.
RaZberry — это решение три в одном:
- плата с трансивером Z-Wave ZM3102
- прошивка для ZM3102, расширяющая возможности стандартных прошивок для стиков
- ПО Z-Way
Железо
В ОС Linux RaZberry виден как com-порт /dev/ttyAMA0. Плата по сути состоит из трансивера ZM3102, памяти EEPROM для хранения данных сети Z-Wave, PCBA антенны и коннектора ножек UART для GPIO Raspberry Pi. Реально используется только ножки Vcc, Gnd, TX и RX. Остальные ножки не используется для работы платы и лишь помогают её крепче зафиксировать. В теории эти ножки можно использовать для других нужд.
Прошивка
Плата предоставляет интерфейс полностью совместимый с Sigma Designs Serial API, что даёт возможность использовать не только прилагаемое ПО Z-Way, но и любое другое ПО для Z-Wave (Open Z-Wave, LinuxMCE, FHEM или самописное), а также облачный сервис Z-Cloud (см. инструкцию). Плата также предоставляет расширение протокола Sigma Designs Serial API от Z-Wave.Me, которое необходимо для работы ПО Z-Way.
Прошивка также позволяет обновлять себя по UART, что позволит не только исправить возможные баги в будущем, но и сменить версию прошивки с той, что установлена по умолчанию (SDK 4.54.01) на более старую 5.03, не имеющую полезных функций NWI, Explorer Frame и Random HomeId, но включающую функционал SUC/SIS. (Для внимательных: да, я не ошибся, 4 > 5 😉
Программное обеспечение
Z-Way устанавливается поверх Raspbian wheezy путём запуска команды
wget ‐q ‐O ‐ http://razberry.z-wave.me/install | sudo bash
Скрипт установки поставит Z-Way в /opt/z-way-server, пропишет в /etc/init.d/Z-Way скрипт для запуска, добавит его в авто запуск и настроит порт ttyAMA0. После перезагрузки (для применения настроек ядра для ttyAMA0 — по умолчанию Raspbian использует UART для консоли) сервер готов к работе. В браузере откройте http://IP_OF_RASPBERRY:8083 и начните строить сеть Z-Wave.
Рассмотрим подробней поставляемое в комплекте с RaZberry ПО Z-Way. Оно состоит из нескольких частей:
- библиотека libzway — основа движка Z-Wave, предоставляющая C API для простой работы с Z-Wave (зависит от pthreads, zlib, openssl)
- библиотека libzwayjs — биндинг между C и JavaScript движком Google V8. Предоставляет простое JS API для работы с сетью Z-Wave (зависит от libv8 и libzway)
- библиотека libzwayhttp — HTTP сервис для обслуживания внешних клиентов, в том числе пользовательские интерфейсы. Предоставляет JSON API (зависит от libmicrohttpd, openssl, libzwayjs и libzway)
- main.cpp — обвязка для запуска всех сервисов вместе, чтения конфигов и параметров командной строки
Такая структура позволяет использовать разные уровни интеграции с составными частями Z-Way. Для проектов, где важна производительность, доступен API уровня C (в комплекте есть заголовочные .h файлы для libzway), для проектов, где нужна оперативная разработка, проще использовать JS API. Важно, что оба интерфейса имеют сходную структуру, что позволяет просто портировать код с JavaScript на C после быстрого прототипирования.
Далее я опишу API уровня JavaScript и покажу, как создавать простые правила автоматизации. Интерфейс уровня C останется за рамками данной статьи. Стоит заметить, что синтаксис в движке JavaScript Z-Way на стороне сервера сделан по аналогии с тем, что было реализовано для Z-Cloud на стороне клиента — см. описание API Z-Cloud. Для дальнейшего чтива предполагается, что читатель уже знаком с особенностями протокола Z-Wave (см. подробное описание протокола Z-Wave).
Всё относящееся к Z-Wave в пространстве имён JavaScript находится в глобальном объекте zway, который предоставляет полное дерево данных и методов над устройствами Z-Wave.
Дочерний объект controller, содержит данные специфические для контроллера Z-Wave, а также список устройств devices. Каждое устройство содержит структуру данных (data), а также список каналов устройства (instances). Каждый канал имеет список Классов Команд Z-Wave, поддерживаемых устройством. На Классе Команд имеются методы для вызова функций (Set, Get, …), а также дерево данных (data), где хранится вся информация о Классе.
Графически это можно иллюстрировать примерно так (картинка из документации):
Структура API асинхронна и делится на две части:
- отправка команд и запросов
- получение событий изменения состояний
Отправка команд осуществляется запросами вида zway.devices[2].instances[0].commandClasses.Basic.Set(0) (этот пример выключит свет). Функция .Get() отправит запрос значения устройству. zway.devices[2].RequestNodeNeighbourUpdate() попросит устройство обновить соседей, а команда zway.AddNodeToNetwork(1) запустит процесс добавления нового устройства к сети. Более подробно все команды описаны в документации на странице документации проекта RaZberry. Каждому запросу можно добавить два дополнительных параметра: callback-функции для успешной и неудачной отправки.
Команды ставят в очередь на отправку соответствующие пакеты. Отправка осуществляется через Sigma Designs Serial API, реализованную на плате расширения RaZberry. Вся магия Z-Wave скрыта под этим уровнем абстракции: для устройств на батарейках эти пакеты помечаются как ожидающие пробуждения, для шифрования идёт предварительный обмен ключами, для экономии заряда батареек и времени в эфире некоторые пакеты стыкуются вместе и многое другое… Как и в любом протоколе, в Z-Wave много своих тараканов, которые все находятся под ковром API Z-Way и не вылезают оттуда.
Все полученные от устройств данные записываются в дерево data, относящееся к устройству или Классу Команд. Каждый элемент дерева data имеет атрибуты value (значение элемента), updateTime и invalidateTime (timestamp дат обновления и устаревания значения), name (имя). Структура дерева тоже подробно описана в документации. Для получения уведомлений об изменении значений дерева существует система подписок на события. Функция bind для каждого элемента дерева позволяет привязать callback функцию к изменению данных.
zway.devices[2].instances[0].commandClasses.Basic.data.level.bind(function (type[, arg]) {}, [arg, [watchChildren=false]]);
Опциональный аргумент arg, передаваемый bind будет передан в callback функцию и пригодится для передачи дополнительных параметров для разделения разных событий, имеющих общий callback-обработчик. Параметр watchChildren (true или false) позволяет отслеживать не только изменения данного элемента дерева, но и дочерних. Объект this в callback функции — это элемент дерева data, на котором запускается bind: this.value — значение, this.updateTime — дата последнего обовления и т.д. Аргумент type содержит битовую маску типа изменения (изменён, обновлён, удалён, устарел,… — подробно все значения описаны в ZDefsPublic.h, который входит в комплект ПО).
Аналогично есть функция bind на глобальном объекте zway, которая позволяет отслеживать изменения в массивах devices, instances и commandClasses:
zway.bind(function(type, nodeId, instanceId, commandClassId) {}, [mask = 0xffff])
Аргумент type указывает на характер изменения (добавлено/удалено устройство/канал/класс команд или сохранён файл с деревом данных на диск (ZDDX-файл). Триплет nodeId, instanceId, commandClassId указывает на изенённый объект.
Отписаться от событий можно функцией unbind.
Для упрощения синтаксиса можно опускать слова commandClasses, instances[0] (именно нулевой канал!), .value (level == 0 аналогично level.value == 0, но при JSON-сериализации без .value будет сериализован весь элемент дерева с его атрибутами, а только значение).
Стоит обратить внимание, что глобальный объект zway является нативным в v8, т.е. это не обычный JavaScript объект: у него можно лишь менять данные элементов дерева. Все остальные изменения в дереве игнорируются.
Приведём несколько примеров:
Запуск shell-команд при получении контроллером событий Basic Set от других устройств сети (например, выключатель ассоциирован с контроллером с каналом 1 при помощи MultiChannelAssociation)
var instanceId = 1; var ctrlNodeId = zway.controller.data.nodeId.value; // Get controler Node Id if (zway.devices[ctrlNodeId] && zway.devices[ctrlNodeId].instances[instanceId]) { // Check that instance object exists var basicCC = zway.devices[ctrlNodeId].instances[instanceId].Basic; if (basicCC) { // check that Basic exists basicCC.data.level.bind(function() { // bind to Basic level value system("echo " + this.value); }); } }
Автоматическое отключение диммера света через 10 секунд после включения (для реле используйте SwitchBinary вместо SwitchMultilevel). (Здесь предполагается, что устройство умеет отправлять отчёты и ассоциировано с контроллером)
var nodeId = 2; var instanceId = 0; var _tmr = null zway.devices[nodeId].instances[instanceId].SwitchMultilevel.data.level.bind(function() { var node = args[0]; var instance = args[1]; if (_tmr) { clearTimeout(_tmr); } _tmr = null; if (this.value > 0) { _tmr = setTimeout(function () { zway.devices[nodeId].instances[instanceId].SwitchMultilevel.Set(0); _tmr = null; }, 10*1000); } });
(тут стоит обратить внимание, что для запуска данного кода несколько раз нужно вводить массив _tmr для каждого устройства/канаоа)
Выполнение JavaScript кода
Куда вставлять этот JavaScript код? Есть несколько способов выполнить данный код:
- Записать код в файл и положить его на SD-карту Raspberry Pi в папку /opt/z-way-server/[ваша папка]. Далее этот код можно исполнить из automation/main.js: executeFile(pathToJavaScriptFile).
- Вы также можете прописать ваш собственный JavaScript файл в config.xml вместо родного файла RaZberry.
- Отправить его по HTTP через Z-Way JSON API
Теперь опишем Z-Way HTTP/JSON API
Данный интерфейс взаимодействия с сервером Z-Way использует протокол HTTP и формат JSON для передачи данных. С его помощью не сложно создать графические интерфейс для сервера автоматизации.
Команды кодируются прямо в URL запроса, а ответы приходят в привычном аяксерам JSON формате.
Запрос /ZWaveAPI/Data/<timestamp> предоставляет JSON структуру полного дерева обновлений с момента времени <timestamp>. Она имеет вид
{ path1: object1, path2: object2, ... updateTime: <timestamp> }
Здесь pathN — это путь к изменившемуся элементу дерева, objectN — новое значение этого элемента. updateTime — время формирования обновлений (его нужно указать в следующем запросе, чтоб получить обновления)
Если запросить /ZWaveAPI/Data/0, то сервер вернёт полную структуру данных.
Запрос /ZWaveAPI/Run/<cmd> запускает JavaScript код zway.<cmd>. Этот запрос аналогичен более общему /JS/Run/ и создан для совместимости с API сервиса Z-Cloud.
Запрос /JS/Run/<cmd> выполняет <cmd> в v8 движке и возвращает в виде JSON результат выполнения этой команды.
Другие команды описаны в документации.
Несколько примеров:
http://localhost:8083/ZWaveAPI/Run/devices[2].SwitchMultilvel.data.level.value — возвращает последний полученный от устройства уровень яркости (стоит перед чтением послать SwitchMultilevel.Get())http://localhost:8083/ZWaveAPI/Run/devices[3].instances[1].SensorMultilvel.data.level.value — возвращает последнее полученный от устройства значение датчика (стоит перед чтением послать SensorMultilevel.Get())http://localhost:8083/ZWaveAPI/Run/devices[2].Basic.Set(0) — выключает устройство
Напомним, instances[0], commandClasses и value можно опустить.
! Не забывайте, что некоторые символы требуется явно кодировать перед отправкой (url encode): например, + { }.
Вместе с софтом поставляется базовый интерфейс для браузера. Он тоже использует Z-Way JSON API для взаимодействия с сервером. Его код удобно использовать для изучения работы API. Также может оказаться полезным расширение для jQuery для отслеживания обновлений дерева, полученных запросом /ZWaveAPI/Data/<timestamp>
Вот так выглядит взаимодействие разных слоёв системы (картинка из документации):
Через некоторое время планируется написание JS скриптов для автоматизации, предназначенных для простых пользователей (кривые заготовки уже лежат в папке automation). Их можно будет использовать совместно с собственными скриптами пользователя, т.е. собственные скрипты можно уже начинать писать и использовать в ваших проектах.
Где взять?
Raspberry Pi продаются на сайтах RS components или Farnell.
Плата RaZberry и другое Z-Wave оборудование доступно в интернет-магазине Z-Wave.Me и других.
Пора автоматизировать!
Уверен, RaZberry станет удобным решением для построения бюджетных систем автоматизации на базе Z-Wave.
Как сообщается на сайте «Почты России», массированной спам-атаке подвергается сайт Роскомнадзора.
