Умный дом на базе Z-Wave

Долгое время я вынашивал идею, как лучше сделать удобное управление светом и электроприборами в квартире. При этом, мне хотелось иметь некое готовое модульное решение для относительно несложной самостоятельной настройки. Так, совершенно случайно, я наткнулся на оборудование, которое можно внедрить уже в существующую дома сеть совершенно «безболезненно». Им оказались устройства, работающие по протоколу Z-Wave.

Z-Wave

Z-Wave является запатентованным беспроводным протоколом связи, разработанным для домашней автоматизации, в частности для контроля и управления на жилых и коммерческих объектах. Технология использует маломощные и миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в бытовую электронику и различные устройства, такие как освещение, отопление, контроль доступа, развлекательные системы и бытовую технику. Это беспроводная радио технология, разработанная специально для дистанционного управления. В отличие от Wi-Fi и других IEEE 802.11 стандартов передачи данных, предназначенных в основном для больших потоков информации, Z-Wave работает в диапазоне частот до 1 ГГц и оптимизирована для передачи простых управляющих команд (например, включить/выключить, изменить громкость, яркость и т. д.). Выбор низкого радиочастотного диапазона для Z-Wave обуславливается малым количеством потенциальных источников помех.
Также другими преимуществами Z-Wave можно отметить малое потребление энергии, низкую стоимость производства и встраивания Z-Wave в различные бытовые устройства.
В мире насчитывается более 200 производителей, предлагающих товары с Z-Wave чипами или модулями. Отличительной особенностью Z-Wave является то, что все эти продукты совместимы между собой.
В основе решения Z-Wave лежит ячеистая сетевая технология mesh, в которой каждый узел или устройство может принимать и передавать управляющие сигналы другим устройствам сети, используя промежуточные соседние узлы. Mesh это самоорганизующаяся сеть с маршрутизацией, зависимой от внешних факторов — например, при возникновении преграды между двумя ближайшими узлами сети, сигнал пойдет через другие узлы сети, находящиеся в радиусе действия.

Железо

Из предлагаемых на выбор в интернете устройств были различные центры управления (шлюзы) в виде совсем бюджетных USB-стиков с поддержкой разных ОС:

и не очень бюджетные, вроде таких:

Я решил не связываться с USB-вариантом для своего сервера с FreeBSD, а остановил свой выбор на среднем по цене и функциональности шлюзе Vera Lite:

Основным «за» для меня было наличие удобного UI при работе через веб (плагины из маркета, свои скрипты) и ПО для Android при работе не через web.

Внутри устройства находятся:

• CPU RaLink RT3662 SoC, Linux 2.6
• Parallel NAND Flash 32 MB
• RAM DDR2 64 MB

Для пробы я решил заказать несколько диммеров для регулировки освещения

реле на два выхода по 1.5 кВт для розеток

датчик открывания окна/двери, который я сразу установил на входную дверь

и датчик движения в коридор (не удержался, разобрал)

Весь комплект обошелся мне в ~20 000 руб.

Как это было

Первое, что я решил проверить — это дистанционное управление светом. Основная «фишка» этого диммера в том, что ему достаточно всего двух проводов, которых подходят к выключателю.

Кстати, подрозетники должны быть глубиной 50 мм или более, иначе конструкция может не влезть. Но с моими выключателями Legrand таких трудностей не возникло.

Сколхозил такую конструкцию и, подключившись к шлюзу с телефона, проверил работу.
Убирать диммер сразу в коробку нельзя, так как его необходимо еще привязать с шлюзу троекратным нажатием кнопки «B».

Команда передается контроллеру сразу же (если в очереди нет команд от других устройств), а статус об исполнении команды передается несколько позже после подтверждения.

Если регулировать свет с выключателя, то на телефоне или в веб-интерфейсе статус тут же изменится.

По умолчанию диммер настроен на работу с так называемой звонковой кнопкой (с возвратной пружиной), но через конфигуратор в веб-интерфейсе Vera Lite, следуя инструкции к диммеру, можно настроить и работу с классическими выключателями (в режиме переключателя, когда каждое положение может как включать, так и выключать свет, и в режиме, когда вверх — вкл., вниз — выкл.). Мне больше понравился вариант по умолчанию, так как удобнее регулировать яркость, и нет необходимости щелкать лишний раз клавишами, если вдруг свет был включен/выключен по таймеру или дистанционно.

Вот некоторый список параметров диммера, доступных для конфигурации через веб-интерфейс:

• % шага регулировки (По умолчанию 1)
• время автоматического достижения крайних значений регулировки (0 — 2,5 сек). Проще говоря, за какое время люстра наберет полную яркость при включении или наоборот.
• максимальный уровень регулировки диммера (от 2 до 99%)
• минимальный уровень регулировки диммера (от 1 до 98%)
• переключение типа выключателя (звонковая моностабильная кнопка или классический бистабильный выключатель)
• опция двойного нажатия (устанавливает яркость на 100% в независимости от предыдущего значения)
• сохранение предыдущего уровня регулировки при потере питания

Единственная проблема, которую я не знал, как решить изначально — это проходные переключатели в коридоре. Но решение оказалось крайне простым. Диммер со звонковыми кнопками подключаются точно по такой же схеме, т.е. с одной стороны ноль от лампы сразу соединяется со свободным проводом до другого выключателя, а с другой стороны фазный провод соединяется с таким же свободным проводом до первой кнопки. Таким образом в цепь можно подключить любое количество кнопок.

На схеме показан вариант, при котором одна из кнопок нажата и удерживается.

С реле не так все весело, как с диммером, потому что тут уже необходима нейтраль для работы.

Единственное место, где регулировка света не так критична, и в наличии имеется нейтраль — это блок выключателей санузла и кухни. Также с целью экономии пространства в подрозетниках было принято решение ставить два реле (1 — свет в ванной и туалете, 2 — свет на кухне и розетка под выключателями) и два диммера (вентиляторы в ванной и туалете).

На «тестовом» стенде с накладными выключателями вновь сколхозил конструкцию для проверки и настройки реле

Этот блок выключателей сейчас в процессе переделки, поэтому ничего более по работе устройств там я не скажу.

Сценарии

Для примера рассмотрю простейший сценарий включения света в коридоре, когда кто-то приходит домой.
Я не буду рассматривать такие нюансы, как поведение тех или иных устройств системы при нестандартных действиях (вынести мусор и открыть и закрыть дверь просто так) — для этого в инструкции используемых устройств прописаны различные параметры, которые задаются через веб-интерфейс

Примечание: у датчиков движения и открывания двери есть два режима работы: Armed и Bypass (проще говоря, наблюдения и покоя).

Мой сценарий предельно прост:
Если сработал датчик открывания двери в состоянии покоя, то перевести датчик движения в режим наблюдения, и если сработал датчик движения в режиме наблюдения, то включить свет и перевести датчик движения в режим покоя. При этом необходимо задать интервал повторного срабатывания датчика двери, во избежание нарушений работы сценария.

В планах — создать сценарии автоматизации в различных помещениях квартиры в зависимости от времени суток, температуры помещения, яркости и т.д. Пока все дополнительное оборудование в процессе доставки.