Antarmuka Fisik Robust untuk Kontrol Otomasi Rumah
Komponen dan Perlengkapan
Servo TowerPro × 1
Klecil kecil × 1
Tombol × 1
Arduino Yun × 1
Transformator arus 100A × 1
Resistor dan kapasitor × 7
Tentang Proyek Ini
Antarmuka menyampaikan informasi dan memungkinkan pengguna untuk mengontrol hal-hal. Sebagian besar platform otomasi rumah bergantung pada “antarmuka virtual”. Anda mengeluarkan smartphone dan membuka aplikasi untuk melihat apa yang sedang terjadi di rumah Anda dan menyalakan serta mematikan lampu. Itu berfungsi dengan baik saat Anda jauh. Namun melihat representasi virtual dan memparsing informasi di layar membutuhkan usaha. Ini membutuhkan fokus, dan tidak terasa intuitif.
Saya ingin membuat “antarmuka fisik” - sebuah model rumah kecil yang secara fisik meniru hal-hal yang ingin saya ketahui tentang rumah saya yang sebenarnya. Jadi saat pintu garasi dibuka, saya ingin pintu garasi pada model juga terbuka. Model rumah ini bisa duduk di meja kopi saya, dan saya bisa melihatnya sekilas untuk melihat apakah pintu garasi telah tertinggal terbuka sebelum tidur. Atau saya bisa menaruh ini di meja kerja saya, terhubung ke rumah saya melalui VPN. Saat saya di kerja, saya bisa melihatnya sekilas untuk melihat apakah pintu depan telah tertinggal terbuka. Antarmuka fisik ini dapat kreatif atau utilitarian sejauh yang saya buat.
Jadi, dalam langkah-langkah berikut, saya akan:
Membangun model rumah untuk menampilkan hal-hal seperti posisi pintu, penggunaan energi, dan apakah lampu telah menyala.
Membangun pemantau energi menggunakan library Arduino Open Energy Monitor, dan memberi informasi penggunaan energi ke model rumah dan ke OpenHAB.
Menyediakan beberapa cara untuk mengirim posisi pintu/jendela ke model rumah. Tunjukkan bagaimana data Wink Hub dan sensor kontak Wink "Tripper" dapat digunakan dalam sistem otomasi rumah DIY.
Menggunakan Wink dan Arduino untuk melakukan output, seperti membuka/menutup pintu garasi yang sebenarnya atau menyalakan/mematikan lampu.
Model rumah memiliki beberapa servo dan LED yang dihubungkan ke kontroler Arduino. Kontroler ini berlangganan ke pesan MQTT yang menunjukkan posisi pintu dan penggunaan energi, dan menggerakkan servo sesuai dengan itu. Ide yang sama dengan LED yang menunjukkan apakah lampu menyala atau mati. Ada beberapa opsi untuk mendapatkan informasi sensor ini ke broker MQTT, jadi saya akan uraikan itu di langkah-langkah selanjutnya. Di tengah semuanya ada Raspberry Pi yang menjalankan broker MQTT (Mosquitto) dan OpenHAB. Meskipun OpenHAB tidak diperlukan untuk menjalankan model rumah, ia diperlukan untuk menyediakan antarmuka untuk aplikasi smartphone, dan memungkinkan pemantauan serta pengaktifan jarak jauh. Hanya karena saya ingin memiliki antarmuka fisik tidak berarti saya siap membuang yang virtual.
Model rumah juga memiliki dua tombol. Salah satu tombol menyalakan/mematikan lampu zigbee. Tombol lainnya membuka dan menutup pintu garasi (pada RUMAH SEBENARNYA).
Langkah 1: Pembangunan Model Rumah
Saya tidak bermaksud langkah ini untuk menjadi preskriptif. Saya cukup amateur ketika berkaitan dengan seni dan kerajinan, jadi saya hanya akan menunjukkan bagaimana saya membangun model rumah saya. Anda akan ingin membangunnya agar mirip dengan tempat tinggal Anda sendiri dan mencerminkan hal-hal yang Anda pedulikan. Banyak ruang untuk kreativitas di sini. Beberapa komponen dalam gambar ini (seperti transformator arus) akan digunakan di langkah selanjutnya.
Komponen:
(1) Kotak. Terserah Anda seberapa besar dan proporsi apa.
(3) Servo Tower Pro SG90 https://www.dx.com/p/towerpro-sg90-9g-mini-servo-w...
(2) Klecil kecil https://www.homedepot.com/p/Stanley-National-Hardw...
(beberapa) Bahan perekat. Saya menggunakan perekat double stick dari kait 3M.
Saya memotong salah satu flap sisi kotak dan melampirkannya ke flap sisi yang lain (yang masih terlampir) untuk membentuk atap. Saya menggunakan kotak kecil untuk memberikan struktur untuk sudut siku, dan kemudian mendukungnya lebih baik dengan potongan Lego. Anda mungkin cukup menggunakan apa saja yang Anda miliki di sekitar rumah untuk membuat sudut siku ini.
Pintu / Jendela
Potong lubang untuk pintu yang ingin Anda tunjukkan. Lampirkan satu atau dua klecil pada pintu dengan perekat double stick dan lampirkan ke rumah. Saya tahu, tidak ada yang mewah, jadi silakan bereksperimen dengan apa yang Anda miliki di sekitar rumah. Saya menggunakan perekat busa double sided 3M, jenis yang datang dengan kait. Saya juga menggunakan perekat busa ini untuk memasang motor servo. Untuk pintu garasi, lengan servo motor memindahkan pintu garasi terbuka, dan gravitasi menutup pintu garasi. Untuk pintu depan, saya perlu melampirkan tali pada pintu ber Klecil sehingga lengan servo dapat membuka pintu. Potongan Lego kuning yang Anda lihat ada untuk menggeser servo dari Klecil.
Meter Energi
Tidak ada yang mewah. Cukup potong sesuatu yang berupa panah dan lampirkan ke lengan servo. Potong sesuatu yang berupa semak dan tandai dengan skala kilowatt, dan pasang servo motor ke kotak dengan semak di antaranya.
Di atas servo konsumsi energi, saya menempelkan LED merah.
Saya juga memiliki dua tombol untuk mengontrol lampu dan pintu garasi. Ini adalah tombol momentary. Tombol dihaluskan dengan mur di luar untuk menahannya terhadap dinding kotak kardus. Di sisi lain adalah kontak logam untuk kabel yang akan disolder.
Langkah 2: Pembangunan Rumah - Kabel & Kode
Kabel
Di sini adalah diagram kabel. Saya membuat kerusakan kabel yang cukup besar di dalam kotak. Jika Anda lebih suka hanya tahu kabel mana yang ada di pin mana:
pin LED status: 7
LED indikator pencahayaan: 4
Servo 1 (pintu depan): 3
Servo 2 (pintu garasi): 5
Servo 3 (semak penggunaan energi): 6
Tombol 1 (Lampu on/off): 8
Tombol 2 (Pintu garasi buka/tutup): 9
Opsi Kontroler
Anda dapat menggunakan apa yang Anda nyamankan dan apa yang Anda miliki. Opsi yang lebih murah ($20) adalah menggunakan klon Arduino Uno dan shield ethernet. Saya memulai dengan itu, tetapi itu membatasi saya pada kabel ethernet. Jadi saya beralih ke Arduino Yun ($65). Lebih mahal, tetapi juga memberikan saya kebebasan untuk menggunakan wifi. Yun sangat mudah digunakan. Anda pada dasarnya:
Hubungkan Yun ke router Anda melalui ethernet
Navigasikan ke halaman web Yun
Siapkan kata sandi dan IP statis pada router Anda
Unduh sketsa Yun
Lampirkan di bawah adalah sketsa untuk Arduino Uno dan Arduino Yun. Mereka cukup mirip, dan kecuali jembatan ethernet yang digunakan dalam Yun, Anda cukup menyalin kode Yun ke Uno. Setelah saya beralih ke Yun, saya menambahkan dua tombol kontrol. Akibatnya, sketsa Uno tidak memiliki tombol tersebut.
Video di langkah pertama menunjukkan Arduino Yun. Di sini adalah video menggunakan Uno dan shield ethernet. Saat video ini dibuat, saya belum memasang dua tombol, tetapi semuanya lainnya bekerja sama.
smarthome_ethernet.ino
smarthome_yun.ino
Langkah 3: Sensor: Pemantau Energi
Sekarang setelah kita memiliki antarmuka fisik yang mampu menampilkan penggunaan energi, kita perlu membangun node sensor untuk membaca konsumsi energi rumah dan menerbitkan konsumsi tersebut ke broker MQTT. Ada beberapa cara untuk melakukannya. Saya menggunakan Arduino Yun. Ini adalah metode yang tidak rumit, tetapi tidak termurah. Jika Anda mau, Anda dapat menggunakan Arduino Uno, shield ethernet, dan router nirkabel untuk bertindak sebagai jembatan wifi. Atau Anda dapat menggunakan Pi dengan paket Open Energy Monitor. Saya hanya akan membahas metode Yun.
Saya menggunakan transformator arus $7 dari ebay. Anda dapat menemukan versi 100A Yhdc SCT-013-000 di sini. Rangkai sesuai diagram kabel di atas, dan unggah sketsa Arduino Yun di bawah langkah ini. Pastikan untuk mengubah kode dengan alamat IP broker MQTT Anda. Halaman ini untuk library Open Energy Monitor adalah referensi yang baik. Di sini adalah nilai komponen ideal.
Resistor Beban = 33 ohm
Resistor Pembagi Tegangan = 10k ohm
Kapasitor = 10uF
Gambar pemantau energi saya tidak cocok dengan diagram rangkaian karena saya tidak memiliki komponen yang tepat. Saya harus menggunakan dua resistor 68 ohm paralel karena saya tidak memiliki resistor beban 33 ohm. Dan saya tidak memiliki kapasitor 10uF untuk rangkaian persegigi, jadi saya menggunakan dua kapasitor 22uF sebagai gantinya. Kapasitansi ekivalen seri cukup dekat.
Lampirkan transformator arus pada salah satu fase masuk rumah Anda. Saya hanya memiliki satu transformator 100A, jadi saya hanya memantau salah satu fase. Akhirnya, saya ingin mendapatkan lebih banyak transformator untuk memantau kaki lain dari daya masuk dan juga sirkuit cabang. Menggunakan amper meter sebenarnya, pengaturan DIY saya selalu membaca 1 amp di atas amper meter di seluruh pembacaan amp yang berbeda (lihat gambar ke-5 di atas). Hal yang cukup sederhana untuk hanya mengurangi amp ekstra itu.
OpenHAB
Karena kita sudah memiliki data yang masuk, kita mungkin juga menampilkannya di OpenHAB sehingga data dapat digrafikkan. Di sini adalah konfigurasi OpenHAB yang relevan.
<p>Text label="Energy" icon="firstfloor"<br>{</p><p> Frame label="Energy Usage" { Text item=itm_smarthome_energy_amps</p><p> Text item=itm_smarthome_energy_watts</p><p> Chart item=itm_smarthome_energy_watts period=h refresh=5000 } //Frame energy usage</p><p>}//Text label="Energy"</p>
Persistensi
Karena kita menggunakan grafik, kita perlu menentukan beberapa strategi persistensi untuk penggunaan energi. RRD4J paling mudah digunakan, jadi ini adalah yang saya miliki untuk "/openhab/configurations/persistence/rrd4j.persist".
<p>Strategies {<br> // for rrd charts, we need a cron strategy everyMinute : "0 * * * * ?" }</p><p>Items { DemoSwitch,NoOfLights,Window_GF_Toilet,Heating* : strategy = everyChange, everyMinute, restoreOnStartup // let's only store temperature values in rrd Temperature*,Weather_Chart* : strategy = everyMinute, restoreOnStartup itm_smarthome_energy_watts : strategy = everyUpdate }</p>
Layar Pemantau Energi
energy_monitor_yun.ino
Langkah 4: Sensor: Node Sensor Nirkabel DIY
Ada beberapa opsi untuk sensor buka/tutup nirkabel.
Dalam salah satu proyek saya sebelumnya saya menggunakan transceiver nirkabel $5 untuk mengirim data sensor melalui gateway MQTT. Saya masih menggunakan proyek ini untuk mendapatkan status pintu garasi ke OpenHAB, dan dalam video demo, itulah sebenarnya bagaimana pintu garasi model rumah mencerminkan status pintu garasi saya yang sebenarnya. Kode dan rangkaian detail dapat ditemukan di langkah ini jika Anda ingin menggunakannya. Ini agak jelek, tetapi ada di garasi di mana kemungkinan besar tidak akan ada yang memperhatikannya.
Ada juga sensor cahaya yang saya gunakan untuk menunjukkan apakah lampu telah menyala. Ini juga dari Instructable sebelumnya yang detailnya ada di langkah ini. Ini adalah bagian dari Uber sensor yang menggunakan photo resistor untuk mengirim informasi kecerahan nirkabel kembali ke OpenHAB. Dalam kasus ini, saya cukup berlangganan ke topik MQTT yang menunjukkan tingkat cahaya.
Saya juga telah membuat sensor reed switch dengan baterai yang menggunakan transceiver nirkabel dan gateway yang sama di Instructable sebelumnya. Namun, itu tidak terlihat bagus. Saya tidak bisa menggunakan itu pada pintu atau jendela interior karena alasan estetika. Jadi, untuk mengatasi masalah ini, saya menggunakan sensor reed switch konsumen yang terlihat lebih bagus dari Wink. Itu membawa kita ke langkah berikutnya.
Langkah 5: Sensor: Wink Hub
Saya menemukan posting blog ini dari pengguna Wink Hub awal yang menemukan cara untuk root hub untuk mendapatkan akses ke exploit PHP. Exploit ini memungkinkan Anda untuk menjalankan utilitas "aprontest" untuk mengontrol hal-hal yang telah dipasangkan dengan Wink Hub. Menggunakan metode ini, saya telah dapat mengontrol lampu dari antarmuka OpenHAB.
Manfaat paling menarik dari rooting Wink Hub adalah bahwa itu memberi Anda kontrol lokal atas lampu dan status sensor tanpa harus mengakses server Wink. Wink Hub dan Wink API selalu perlu pergi ke internet untuk menghubungi server Wink untuk melakukan kontrol lampu atau mendapatkan status sensor. Sekarang, dengan exploit PHP ini, operasi lampu dan sensor dapat dijaga di LAN lokal Anda. Itu hebat.
Saya telah menyertakan skrip PHP di bawah langkah ini. Jika Anda tidak dapat membuka berkas ini, coba tautan ini. Skrip ini berjalan pada Raspberry Pi dan mem-poll Wink Hub untuk status dua reed switch Wink Tripper. Status ini dikirim ke OpenHAB melalui REST API. OpenHAB kemudian akan menerbitkan topik MQTT untuk posisi pintu ini. Kontroler untuk model rumah kemudian membuka atau menutup pintu dengan berlangganan ke topik posisi pintu ini.
Tiga berkas konfigurasi OpenHAB (items, sitemap, dan rules) yang dilampirkan di langkah ini diperlukan untuk membuat semuanya berfungsi. Mereka mendefinisikan item kontak yang berinteraksi dengan skrip polling melalui antarmuka REST. Ada juga contoh skrip untuk mengontrol lampu zigbee melalui OpenHAB.
Karena urutan yang saya sampaikan berkas konfigurasi, langkah sebelumnya cukup menyediakan semua yang diperlukan untuk mengontrol "lampu terhubung" melalui baik antarmuka fisik maupun antarmuka OpenHAB. Lampu dapat berupa lampu apa pun yang didukung oleh hub Wink. Saat ini, saya telah menguji ini dengan Cree Connected Bulb dan lampu GE Wink. Keduanya berfungsi sebagaimana mestinya. Saya hanya akan meletakkan video ini di sini yang lebih baik menunjukkan bagaimana sensor cahaya dan tombol mengontrol lampu pintar.
Langkah 7: Output: Pembuka Pintu Garasi
Berkas konfigurasi yang disediakan di Langkah 5 mencakup sebagian besar item OpenHAB yang diperlukan untuk mengontrol pintu garasi. Namun Anda masih membutuhkan sesuatu untuk sebenarnya membuka dan menutup pintu garasi. Untuk itu, saya memodifikasi bagian dari Instructable sebelumnya. Saya membuat pembuka pintu garasi dengan komponen ini:
Klon Arduino ($10)
Shield ethernet ($7)
Relay reed ($2)
Remote pintu garasi cadangan ($22)
Arduino mengontrol relay reed dengan membuka dan menutup kontak kering. Tombol dari remote pintu garasi cadangan dihubungkan di seluruh kontak kering pada relay reed. Hubungkan Pin 5 dan GND dari Arduino ke dua pin coil (dua pin luar) relay reed, dan pin relay dalam ke tombol pada remote pintu garasi.
Arduino berlangganan ke topik MQTT dan menunggu perintah buka/tutup. Ketika ia melihat topik ini, ia mengaktifkan relay reed sesaat, menutup "tombol" pada remote pintu garasi cadangan. Sketsa Arduino dilampirkan di bawah. Selain itu, tambahkan "garage_monitor_rules.txt" ke berkas rules Anda. Ini diperlukan zusätzlich dengan rules yang dilampirkan di Langkah 5. Jika Anda tidak menggunakan metode sensor ultrasonik yang saya gunakan, ini adalah bagian yang perlu Anda ubah sesuai modifikasi Anda.
garage_monitor_rules.txt
grage_opener.ino
Langkah 8: Pemikiran Lainnya
Keputusan yang dibuat dalam proyek ini mencerminkan alat yang saya nyamankan, bagian yang saya miliki, dan prioritas saya untuk bagaimana saya ingin hal-hal bekerja. Anda mungkin memiliki seperangkat alat yang berbeda, dan Anda memiliki komponen perangkat keras yang mudah tersedia. Anda mungkin juga memiliki ide yang berbeda tentang bagaimana otomasi rumah harus bekerja.
Ada banyak fleksibilitas saat menggunakan MQTT dan OpenHAB, dan Anda tidak perlu melakukan hal-hal persis seperti yang saya lakukan. Kontroler yang digunakan untuk mengontrol model rumah dapat berupa varian Arduino, Raspberry Pi, atau bahkan Sparkcore. Sensor DIY dapat berupa Arduino atau ESP8266 mandiri. Satu-satunya keterbatasan adalah data sensor perlu diterbitkan ke broker MQTT dengan cara apa pun. Jika Anda memiliki stick USB Z-wave pada instalasi OpenHAB, Anda dapat menggunakan OpenHAB sebagai jembatan Z-wave ke MQTT, dan menggunakan sensor Z-wave untuk deteksi pintu.
Bahkan sensor buka/tutup Wink dapat dilakukan dengan cara yang berbeda. Jika Anda tidak root Wink Hub, Anda dapat menggunakan API Wink untuk mengambil status sensor dan mempostingnya ke OpenHAB, atau mempostingnya langsung melalui MQTD. Ini memerlukan penggunaan Server Wink, tetapi menghapus keterbatasan hub yang di-root.
Jadi, banyak cara untuk melakukan hal-hal dengan cara yang berbeda. Saya cenderung menggunakan perangkat keras yang adalah denominator terendah, jadi Arduino dan kotak kardus.
Kode
smarthome_yun.ino
smarthome_ethernet.ino
energy_monitor_yun.ino
smarthome_yun.ino
// Kode Arduino Yun untuk antarmuka rumah pintar fisik
#include <Bridge.h>
#include <yunclient.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <Servo.h>
// ... sisa kode asli ...
smarthome_ethernet.ino
// Kode Arduino Uno dengan Ethernet untuk antarmuka rumah pintar fisik
#include <SPI.h>
#include <Ethernet.h>
#include <PubSubClient.h>
#include <Servo.h>
// ... sisa kode asli ...
energy_monitor_yun.ino
// Kode Arduino Yun untuk menerbitkan penggunaan energi ke broker MQTT
#include <Bridge.h>
#include <yunclient.h>
#include <PubSubClient.h>
#include "EmonLib.h"
// ... sisa kode asli ...
