Elementy składowe domowej sieci IoT

 

Dziś w zasadzie temat powtórka z informacji wielokrotnie prezentowanych na blogu. Ot tak dla porządku w papierach.

Cała sieć domowej automatyki składa się z kilku zasadniczych elementów.

• Sieć WiFi

Najważniejsza jest baza, na której operują pozostałe elementy systemu - to sieć WiFi. Moja sieć WiFi jest nadzwyczaj skromna składa się z routera głównego i repitera.

Dla domowej automatyki przeznaczone jest pasmo 2,4 GHz - dla modułów ESP z oczywistych względów. Pasmo to ma  większy zasięg niż 5 GHz co również nie jest bez znaczenia. Układ taki zapewnia pokrycie praktycznie całego terenu posesji. 

Ruterem głównym jest stary ale wciąż trudny do pobicia - ASUS RT N66U. Ma wiele zalet ale ostatnio ujawniła się jeszcze jedna - możliwość skonfigurowania własnego serwera VPN (OpenVPN). To dzięki niemu bez problemu i bezpiecznie łączę się komórką z domową siecią automatyki z dowolnego miejsca na ziemi bez konieczności posiadania zewnętrznego serwera czy otwierania portów. Gorąco polecam takie rozwiązanie.

Repiter to mocno niskobudżetowy TP -Link (około 100 PLN) bez specjalnych wymagań. Ze względu na niewielkie przepływności danych w ramach automatyki można w to miejsce wstawić cokolwiek. Repiter umieszczony jest w trudno dostępnym miejscu na zewnątrz budynku. Należy pamiętać, iż przez port LAN repitera można bez problemu dostać się do wewnętrznej sieci domowej WiFi.  

• Serwer domowej automatyki

Sercem systemu jest (od niedawna) aplikacja VIRTUINO IoT zainstalowana na starym i wysłużonym tablecie. VIRTUINO jest w wersji PRO (ok 50 PLN za wieczystą licencję pełnej wersji programu) bez żadnych ograniczeń co do ilości widgetów i pulpitów. Nieograniczona jest również liczba instalacji na wszystkich urządzeniach z androidem. Dla instalacji na komputerach stacjonarnych z Windowsem Linuxem czy Maciem dostajemy kod dla pięciu niezależnych instalacji.

Tablet pracuje 24/7 z opcją automatycznego restartu i uruchomienia aplikacji VIRTUINO (w teorii). W praktyce raz na kilka tygodni ręcznie przeładowuję aplikację. Raz czy dwa w przeciągu roku aplikacja sama się zamknęła co na razie nie jest jeszcze większym problemem. Zobaczymy jak będzie w przyszłości gdy obciążę serwer większą ilością zadań własnych w postaci skryptów i liczby obsługiwanych modułów. 

• Moduły WiFi-433MHz

To mój ulubiony element sieci wykonany na bazie jescze bardziej ulubionego ESP8266.

Mam dwie wersje modułów: z ESP01S

 i jakimś klonem D1MINI

Obie wersje są niemalże identyczne i zawierają dobrej jakości nadajnik i odbiornik RF 433MHz. Oba moduły radiowe mają własne anteny co bardzo korzystnie wpływa na uzyskiwane zasięgi Jednak ze względu na możliwości OTA moduł z 4 MB dużo lepiej daje się zdalnie zaprogramować. ESP01S jest pod tym względem mocno kapryśny. Moduł z D1MNINI był przewidziany do dalszej rozbudowy ze względu na ilość dostępnych portów. Jak na razie poza dodatkowym czujnikiem temperatury DS18b20 i dodatkowym LEDem nic sensownego nie udało mi się dodać.

Moduły zapakowane są w identyczne obudowy po bezprzewodowych czujkach ruchu, z których wykorzystałem mini antenki teleskopowe. Całość zasilana jest z zewnętrznego zasilacza USB choć moduł jest przystosowany do zasilania również z 12 V by można było zwiększyć moc nadajnika. 

Mam takich modułów już koło 10 szt. W sieci jako retransmitery WiFi-433MHz pracują jednak tylko trzy sztuki. Jak na razie nie ma potrzeby dokładania dalszych chyba, że zajdzie potrzeba rozszerzenia zasięgu sieci np. o ogrodowe szklarnie.

• Elementy wykonawcze, czujniki i piloty

Wszystko co można wysterować radiowo w paśmie 433MHz lub potrafi nadać stałe kody w tym paśmie jest wykorzystywane jako krańcowe elementy sieci. Główny trzon oparty jest na opisywanych już tu setki razy bezprzewodowych przełącznikach ELRO.

Zarówno przełączniki jak i piloty znakomicie współpracują z modułami ESP. Mają niezłe zasięgi i znakomitą trwałość. Po kilkunastu latach użytkowania trwale uszkodził się tylko jeden przekaźnik i żaden z pilotów.  Jak na ponad dwadzieścia elementów tej serii to naprawdę niezły wynik. Główna zaleta posiadania jednego typu urządzeń jest w łatwości konfiguracji transmisji. Do sterowania elementami ze stałym kodem wykorzystywane jest protokół z czteroma zmiennymi : kod, ilość bitów, długość impulsu, wersja protokołu. Jeżeli stosujemy jeden typ urządzeń można ograniczyć konfiguracje sterowania tylko do jednego elementu - kodu wysyłanego lub odbieranego przez bezprzewodowe urządzenie. W praktyce niestety nie ma tak prosto gdyż praktycznie każdy z producentów ustala sobie własne kryteria doboru parametrów protokołu.

Dlatego mocno ograniczam (jeśli to możliwe) stosowanie w systemie domowej automatyki elementów wykonawczych różnych producentów. Do chwili obecnej oprócz przełączników ELRO mają zastosowanie chińskie przekaźniki z możliwością zaprogramowania dowolnego stałego kodu.

Stan ten może ulec zmianie po pojawieniu się w ofercie chińskiego portalu zdolnych do nauki kodu przełączników na 220V

a nawet posiadających dodatkowo opcję komunikacji WiFi

Z pilotami, przyciskami czy innymi elementami bezprzewodowymi sprawa jest dużo prostsza. Nadają one co prawda w całkowicie różnych protokołach ale dekodowany w module jest jedynie wysyłany kod. Prawdopodobieństwo iż dwa różne urządzenia z różnymi protokołami producentów będą miały ten sam kod jest praktycznie zerowe więc takie uproszczenie jest zasadne.

 

I to jest zasadniczy trzon elementów z jakich budowany jest pieczołowicie system domowej automatyki. Większość z nich zagościła tu już jakiś czas temu ale funkcje jakie przychodzi im spełniać w systemie wciąż ewoluują. Najważniejsze jest, iż dla kolejnych pomysłów nie trzeba systemowej rewolucji a jedynie umiejętne wykorzystanie istniejących elementów. Wszystko inne dokonuje się na poziomie oprogramowania modułów a od pewnego już czasu również na konfiguracji (oprogramowaniu) VIRTUINO.

I to jest ciekawy temat na kolejne wpisy naszego  ulubionego dalszego ciągu.