Lập kế hoạch hệ thống tự động hóa nhà tự làm: 12 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Mục đích của tài liệu hướng dẫn này không phải để cho bạn biết cách bạn có thể làm bất cứ điều gì bạn muốn ở nhà. Thay vào đó, nó được viết ra để biến một ý tưởng thành hiện thực nhưng cũng biến sự điên rồ thành sự tỉnh táo bằng cách hiểu rõ các giới hạn (công nghệ, chi phí, thời gian cần thiết, an toàn…).

Có rất nhiều hướng dẫn rất tốt và các bài báo trên web để hiểu nhiều điều chi tiết rất sâu rộng. Đây không phải là những gì chúng tôi muốn. Chúng tôi muốn bức tranh lớn. Những kỹ năng cơ bản chúng ta có thể học hoặc cải thiện là gì. Những gì chúng ta nên chạm vào.

Điều này bao gồm những điều cơ bản như:

• Tự động hóa nhà là gì? Đầu tiên hãy kiểm tra xem điều đó có thực sự phù hợp với mong đợi của bạn không.
• Bắt đầu từ đâu? Khá dễ dàng, hãy bắt đầu từ nơi bạn đang ở, có thể là ở nhà. Bạn có biết nó từ trong ra ngoài?
• Tôi có thể làm gì? Về bất cứ điều gì, nhưng bạn cần phải lên kế hoạch và biết giới hạn của mình. Điều này bao gồm sống sót (hoạt động bất kỳ ngày nào, kể cả buổi tối).
• Các mảnh của câu đố này là gì? Phức tạp hơn, có nhiều hình dạng và rất dễ bị mất một số mảnh. Chúng tôi sẽ cố gắng giữ sự tỉnh táo của mình.
• Làm thế nào để kết hợp điều đó với nhau? Điều đó ngày càng cụ thể hơn, chúng tôi thực sự đang LÀM điều đó. H * vâng!

Ngoài ra, hướng dẫn này hiện cũng có sẵn trên trang cá nhân của tôi:

Bước 1: Tự động hóa gia đình là gì?

Googling "tự động hóa tại nhà" đã trả về 33 triệu kết quả. Đây là quá đủ hoặc quá nhiều.

Kết quả đầu tiên, bài báo trên Wikipedia (tất nhiên), cho biết:

"Tự động hóa nhà hoặc nhà thông minh [1] (còn được gọi là domotics hoặc domotica) là phần mở rộng khu dân cư của tự động hóa tòa nhà và liên quan đến việc điều khiển và tự động hóa ánh sáng, hệ thống sưởi (chẳng hạn như bộ điều nhiệt thông minh), thông gió, điều hòa không khí (HVAC) và bảo mật, cũng như các thiết bị gia dụng như máy giặt / máy sấy, lò nướng hoặc tủ lạnh / tủ đông sử dụng WiFi để giám sát từ xa. Các hệ thống hiện đại thường bao gồm các công tắc và cảm biến được kết nối với một trung tâm đôi khi được gọi là "cổng" để hệ thống được điều khiển với giao diện người dùng được tương tác với thiết bị đầu cuối gắn trên tường, phần mềm điện thoại di động, máy tính bảng hoặc giao diện web, thường nhưng không phải lúc nào cũng thông qua các dịch vụ đám mây internet."

Nó nói gì?

• Nhà thông minh: Làm cho ngôi nhà "nhận biết" về chính nó hoặc cho nó khả năng thực hiện mọi việc.
• Khu dân cư: Bằng cách tập trung vào DIY, đừng thử điều này tại nơi làm việc:) Có vẻ là những gì chúng tôi muốn đề cập.
• Tự động hóa tòa nhà: Thật vậy, là một kẻ lười biếng, tôi muốn có một chiếc máy tính để tạo ra những thứ mà bản thân tôi không muốn. Điển hình là kiểm tra cửa ga ra, bật / tắt hệ thống sưởi, v.v. Tuyệt vời!
• Công tắc và cảm biến: Hãy xem điều này giống như đôi mắt và ngón tay của ngôi nhà, nếu không có cả hai điều đó sẽ không làm được gì nhiều.
• Trung tâm trung tâm: Vì vậy, ngôi nhà thông minh đó cần một bộ não? Thú vị. Một bộ não để cai trị tất cả mọi thứ. Đó sẽ là bộ điều khiển.
• Tương tác: Ngôi nhà có thể có cuộc sống riêng nhưng chúng ta muốn trở thành một phần của nó. Đó là chỗ của chúng tôi. Chờ đã, làm thế nào để trò chuyện với một ngôi nhà? Đây là các thiết bị / nút.
• Dịch vụ đám mây Internet: Tôi không thích điều đó, một số máy ở đâu đó không nên biết về việc tôi đang bật máy giặt. Nhưng đó là chuyện cá nhân. Đừng quên "không có cái gọi là đám mây, nó là máy tính của người khác". Chờ đã, một dịch vụ nhiều hơn một máy tính. Di chuyển bằng máy bay không chỉ là có máy bay riêng. Tuy nhiên, khía cạnh DIY sẽ hạn chế sự trợ giúp / gian lận từ bên ngoài.

Vì vậy, nếu tóm tắt chúng ta sẽ kết thúc bằng: Tôi muốn đặt một màn hình để ra lệnh cho các thiết bị gia dụng của tôi làm những gì tôi muốn. Khá nhiều những gì chúng tôi mong đợi.

Xin nhắc lại, chúng tôi sẽ không đề cập đến các khía cạnh kỹ thuật như giao thức, nhà cung cấp, nhà cung cấp và những thứ tương tự. Đây là một dự án DIY. Bản thân là một người có sở thích, tôi không biết tất cả các chi tiết của các mục tạo nên thiên hà đó. Biết nhà là nơi tôi muốn bắt đầu. Vì vậy, tôi sẽ chia sẻ chủ yếu về kinh nghiệm cá nhân của tôi.

Tuy nhiên, tôi sẽ đơn giản bỏ qua tất cả các giải pháp đi kèm từ thị trường vì đây không phải là điều chúng tôi muốn. Hướng dẫn này có thể vẫn hữu ích nếu bạn chỉ muốn xem qua các khái niệm cơ bản.

Lưu ý: Chúng tôi không quan tâm đến kích thước của ngôi nhà của bạn. Bầu trời là giới hạn. Hầu hết bài báo này được viết bằng cách có một vài thiết bị trên bàn làm việc của tôi.

Bước 2: Bức tranh lớn

Danh mục:

• Bạn đã có một số ý tưởng?
• Liệt kê những gì bạn muốn lập mô hình: Tòa nhà, tầng, phòng, hệ thống, thiết bị…
• Liệt kê những điều bạn KHÔNG cảm thấy thoải mái: Có thể bạn muốn bỏ qua thiết bị an ninh hoặc kiểm soát truy cập.
• Đặt ưu tiên: Đối với DIY thực sự, hầu hết thời gian bạn sẽ ở một mình. Tập trung vào những thành tựu.
• Đánh giá chi phí: Loại bỏ những gì bạn cho là quá đắt hoặc không đáng giá.
• Đánh giá kỹ năng: Tôi hiện không thể thiết kế bất cứ thứ gì ở dạng 3D, đó vẫn là kỹ năng tôi muốn có được.

Nếu bạn đang ở mức này, bây giờ bạn nên có một ý tưởng khá tốt về những gì bạn muốn đạt được. Đối với điều này có thể hướng dẫn, tôi sẽ giả định những điều về kinh nghiệm của riêng tôi:

• Trang chủ có khoảng 15 phòng. Đó là khá nhiều để "chỉ cần bắt đầu một cái gì đó".
• Tôi sẽ tập trung vào việc sưởi ấm: theo dõi nhiệt độ và bật / tắt hệ thống sưởi.
• Tôi đang sử dụng D1 Mini nhái giá rẻ của Ali Express. Vài tháng trước tôi thậm chí còn không có mỏ hàn.
• Tôi muốn thực sự sử dụng điều đó, tôi sẽ cố gắng tiếp cận "thùng loa in 3D được lắp đặt xung quanh nhà". Chưa đạt được…
• Có một số chiều của “vợ chấp nhận”. Điều này phải hữu ích VÀ có thể sử dụng được.

Lưu ý rằng trước đây tôi đã tạo một Công cụ mở cửa nhà để xe dựa trên Raspberry Pi, màn hình LCD, một cặp công tắc và một rơ le. Một số mã Python kết hợp chúng lại với nhau. Ở một mức độ nào đó, tôi quan tâm đến việc hợp nhất cái này vào cái hướng dẫn này để có một kiến trúc thích hợp. Đó là một phần của "sự chấp nhận của người vợ", việc tự động hóa nhà nên được thực hiện từ một giao diện duy nhất.

Bước 3: Lập mô hình địa điểm của bạn

Một số lý thuyết

Tự động hóa nhà giả định có một bộ điều khiển được phép biết về mọi thứ. Nó cũng sẽ chuyển đơn đặt hàng của bạn đến nhà.

Các thiết bị sẽ được rải khắp nơi. Biết rõ hơn bạn muốn chúng ở đâu.

Khi chúng tôi có bộ điều khiển thông minh tại chỗ, nó phải có khả năng giao tiếp với các thiết bị.

WiFi là cách tự nhiên để sử dụng ngay cả khi không quá phổ biến. Có rất nhiều giao thức xung quanh nó rất khó để lựa chọn.

Tuyên bố từ chối trách nhiệm

Vâng, điều này là kỹ thuật, xin lỗi. Dù sao thì tôi cũng muốn hiển thị những thứ thực tế, vì vậy chúng tôi cần các thành phần vật lý và phần mềm. Một lần nữa tôi đang đề cập đến những gì tôi đang thực sự sử dụng. Xin lỗi, có rất nhiều cách ngoài kia để giải quyết các chủ đề như vậy: -O

Đưa điều đó lên cấp độ tiếp theo

Hiện nay có nhiều cách để giao tiếp giữa "controller" và các "node" khác nhau. Về lập kế hoạch, hãy xác định cách thức hoạt động trong nhà của bạn. Việc xác định phương tiện truyền thông sẽ giúp xác định vị trí đặt bộ điều khiển và thiết bị.

• Kết nối giữa bộ điều khiển và thiết bị: Không dây hay có dây?
• Nguồn điện: Từ ổ cắm trên tường, có thể sạc bằng pin hoặc năng lượng mặt trời?
• Trường hợp: Đây có phải là một bài kiểm tra trên băng ghế dự bị của bạn, phần cứng alpha nơi cáp có thể nằm xung quanh hay bạn muốn tích hợp nó vào đồ nội thất / thiết bị?

Như được giải thích bên dưới, đối với mẫu, chúng tôi sẽ sử dụng Homie-ESP8266. Đây là phần sụn cho bộ điều khiển ESP8266 sử dụng WiFi và MQTT. Nó được tác giả của nó mô tả như thế này:

"Một ví dụ của phần cứng vật lý (Arduino, ESP8266 …) được gọi là thiết bị. Một thiết bị có các thuộc tính của thiết bị, như IP cục bộ hiện tại, tín hiệu Wi-Fi, v.v. Một thiết bị có thể hiển thị nhiều nút. Đối với ví dụ, một thiết bị thời tiết có thể hiển thị một nút nhiệt độ và một nút độ ẩm. Một nút có thể có nhiều thuộc tính nút. Ví dụ: nút nhiệt độ có thể hiển thị thuộc tính độ chứa nhiệt độ thực và thuộc tính đơn vị. Thuộc tính nút có thể là phạm vi. Đối với ví dụ, nếu bạn có dải đèn LED, bạn có thể có đèn LED thuộc tính nút từ 1 đến 10, để điều khiển đèn LED một cách độc lập. Có thể thiết lập thuộc tính nút. Ví dụ: bạn không muốn thuộc tính độ của mình có thể cài đặt được trong trường hợp cảm biến nhiệt độ: điều này phụ thuộc vào môi trường và sẽ không hợp lý khi thay đổi nó. Tuy nhiên, bạn sẽ muốn thuộc tính độ có thể được cài đặt trong trường hợp có bộ điều nhiệt."

Tóm lược

Bạn cần:

• Một bộ điều khiển trung tâm, lưu trữ máy chủ tự động hóa tại nhà của bạn. Tôi sẽ sử dụng PiDome trên Raspberry Pi.
• Một hoặc nhiều thiết bị để giám sát và tương tác với ngôi nhà của bạn. Tôi sẽ sử dụng D1 Mini và Homie.
• Một mạng để kết nối tất cả những thứ đó lại với nhau.
• Quyết định cách cấp nguồn cho các thiết bị (pin, bộ chuyển đổi, từ thiết bị chủ…). Để kiểm tra, tôi đang sử dụng cổng USB của máy tính (và gỡ lỗi nối tiếp) hoặc bộ sạc điện thoại.

Bước 9: Giới thiệu về Bộ điều khiển…

Phần cứng

Chúng tôi sẽ sử dụng Raspberry Pi để hoạt động như một lãnh chúa tại gia của chúng tôi. RPi sẽ phụ trách:

• Nắm giữ dữ liệu về ngôi nhà
• Tổng hợp dữ liệu từ các thiết bị
• Trình bày dữ liệu cho người dùng
• Gửi đơn đặt hàng đến thiết bị

Từ quan điểm phần cứng, chỉ riêng RPi là đủ để làm tất cả những điều đó. Nó gần như khép kín và sẽ chạy vui vẻ từ tầng hầm của bạn (Này! Đó có phải là trung tâm dữ liệu gia đình đầu tiên của bạn ở tầng hầm ?!:-D).

Nhận một số gói (RPi, bộ nguồn, thẻ SD…) và bạn đã sẵn sàng.

Lưu ý về WiFi: Có thể chạy RPi qua WiFi, tuy nhiên, tôi thấy nó ổn định hơn nhiều khi kết nối nó với bộ định tuyến tại nhà của bạn bằng cáp RJ45 tiêu chuẩn.

Lưu ý về RPi Zero: Lựa chọn phần cứng chính xác mà bạn phải thực hiện tùy thuộc vào những gì bạn muốn. RPi Zero dường như cũng khá tốt như RPi 3 cho công việc này. Zero rẻ hơn rất nhiều nhưng đòi hỏi nhiều bộ phận nhỏ hơn để hoàn thành công việc. Tuy nhiên, nó là sự lựa chọn tốt nhất khi nói đến các thiết bị nhúng. Raspberry Pi Zero W mới nhất hiện thậm chí còn đi kèm với WiFi và Bluetooth!

Phần mềm

RPi là một máy tính một bo mạch, nó khá hạn chế về đĩa / cpu / ram. Vì mục đích này, chúng tôi dựa vào hệ điều hành trọng tâm Linux nhẹ. Đối với công việc này, Raspbian có lẽ là lựa chọn tốt nhất của chúng tôi vì nó là loại hệ điều hành mặc định cho RPi.

Nói về tự động hóa gia đình có nghĩa là bạn cần phần mềm bổ sung đó để quản lý các thiết bị. Sự lựa chọn của tôi là PiDome (tải xuống).

Bước 10: Giới thiệu về thiết bị

Phần cứng

Các bước sau sẽ dựa trên Wemos D1 Mini (hoặc bản sao rẻ hơn:)). Các bộ điều khiển vi mô này dựa trên mô-đun ESP-8266. Điều này đóng gói trên một bo mạch nhỏ (34,2mm * 25,6mm): WIFI, CPU, RAM, Flash, chân kỹ thuật số và một chân analog trong một gói 10 gr. Nếu bạn cần thêm dung lượng flash, hãy kiểm tra Wemos D1 Mini Pro. Bạn có thể mua tấm chắn cho nó để gắn thêm rơ le, DHT22, nút bấm, màn hình OLED… Một trong số đó là tấm chắn pin cho phép thiết bị chạy hoàn toàn không dây.

Có một vài bảng bánh mì không hàn mini và dây nối sẽ giúp tạo nguyên mẫu cho ngôi nhà bằng chứng trong tương lai của bạn. Nếu bạn muốn có các trường hợp tùy chỉnh cho thiết bị của mình, kiến thức về thiết kế 3D và quyền truy cập vào máy in 3D sẽ nâng cao trình độ đam mê của bạn hơn nữa. Nhưng điều gì có thể là tự động hóa gia đình nếu bạn không có một số cảm biến, đèn LED, điện trở, tụ điện, v.v.?

Tôi đã bao gồm "thiết bị văn phòng" của mình trong hình, đó là một breadboard + D1 Mini + DHT22 + màn hình OLED đơn giản. Các công cụ LED và IR hiện không được sử dụng.

Phần mềm

Vì ESP-8266 là một chip khá phổ biến, bạn sẽ tìm thấy rất nhiều bản phác thảo cho nó. Tôi sẽ chỉ lười biếng và sử dụng Homie tuyệt vời cho phần mềm ESP-8266 của Marvin Roger. Tuy nhiên, hướng dẫn này không phải là hướng dẫn cho Homie.

Bước 11: Vỏ thiết bị

Vỏ bọc là những gì bạn mong đợi. Tôi đã đề cập đến những thứ như breadboard, bìa cứng (như mẫu alpha của Garage Opener của tôi), các hộp tăng chu kỳ (Hộp mở Garage của tôi trong một hộp vít), hộp dự án hoặc vỏ máy in 3D. Như thường lệ, giới hạn là trí tưởng tượng của bạn.

Hãy nhớ rằng bạn sẽ phải phù hợp với thiết bị điện tử mà bạn định triển khai. Bất kể điều đó có thể lớn hơn bao nhiêu, nhỏ hơn có nghĩa là không có.

Nếu bạn theo dõi các mục môi trường như nhiệt độ hoặc ánh sáng, hãy đảm bảo đặt nó một cách khôn ngoan. Đặt một cảm biến dưới ánh nắng mặt trời có lẽ là điều bạn muốn ngăn chặn bằng mọi giá (gần như). Việc đặt cảm biến PIR cũng giống như vậy, hãy đảm bảo phạm vi hoạt động tốt và nó bao phủ bất cứ điều gì bạn mong đợi.

Các giả định dưới đây dựa trên một màn hình độc lập, chạy bằng pin, nhiệt độ / độ ẩm.

Một thiết bị điển hình sẽ phải nhóm:

• Một bộ vi điều khiển, ví dụ của chúng tôi là D1 Mini, kích thước: 34,2mm * 25,6mm
• Giữa 0 và nhiều cảm biến, hãy lấy DHT22: 27mm x 59mm x 13,5mm
• Nguồn điện, D1 Mini yêu cầu 5V, sử dụng Tấm chắn pin trông giống như một kế hoạch: 34,2mm * 25,6mm
• Bộ pin, đối với tấm chắn pin, chúng ta sẽ xem xét gói pin Lithium 3.7v: 40mm * 25mm * 6mm
• Một số không gian cho dây điện, công tắc, đèn LED… Chỉ cần lấy một vài loại từ AliExpress (đèn LED, dây nhảy, điện trở).

Một lần nữa, chỉ cần chọn cách bạn cảm thấy thoải mái.

Lưu ý cho bản thân: Đã đến lúc học thiết kế 3D:-(

Bước 12: Lời cuối cùng

Khi đến lúc viết chương cuối cùng này, tôi đã tự hỏi "Điều gì đã đạt được?".

Câu trả lời khá đơn giản và theo chủ đề: Tiết kiệm thời gian cho bản thân và lên kế hoạch cho mọi thứ. Điều này sẽ làm cho toàn bộ dự án nhất quán hơn rất nhiều. Tự động hóa gia đình không đơn giản như mua ổ cắm điện không dây ở cửa hàng địa phương. Điều này là rất nhiều hơn nữa.

Ở giai đoạn này, tôi vẫn đang tự hỏi những khoản tiết kiệm là gì. Chúng ta có thực sự quan tâm không?

Điều này có hướng dẫn không? Khá nhiều, thành tích đạt được!

Vui lòng kiểm tra các tài liệu hướng dẫn khác của tôi, tôi đang dự định viết những tài liệu thực tế hơn. Tôi khá thích dành thời gian để viết cái này.