Как я победил хаос умных устройств, или Цифровая трансформация жилого пространства

Несколько лет назад я увлекся проектированием системы умного дома и создал для себя удобное пространство, в котором не нужно открывать дверь курьеру или включать настольную лампу для работы. Покажу, что подключил и как работает система. Сразу спойлер: умный дом не зависит от наличия интернета или облачных сервисов.

Привет, это Иван Григорьев, управляющий партнер LARD. За период своей сознательной жизни я сменил множество увлечений. Так, я модифицировал прошивки двигателей для автомобилей, разрабатывал свои DIY-устройства, связанные с автомобилями. Они расширяли функциональность, позволяли интегрировать в автомобиль то, что не стояло там с завода. Всё это очень увлекало, я мог часами погружаться в тему и изучать до тех пор, пока глаза не покраснеют.

Сейчас у меня тоже есть увлечение — это умный дом. Расскажу, как строю у себя дома полноценную экосистему.

Мое увлечение умным домом началось в 2019 году. Уже тогда на рынке было много различных бюджетных систем от Яндекса, Xiaomi, Tuya. Я протестировал многие: подключил несколько устройств, завел какие-то базовые автоматизации и быстро понял, что готовая экосистема — это развлечение на один раз. С такими системами огромные проблемы:

• Ограниченный набор устройств. Чаще всего готовые системы умного дома являются закрытыми и поддерживают только устройства от конкретных производителей. Каждая из них имеет собственную экосистему умных устройств, и, за редким исключением, они несовместимы друг с другом. Пользователи вынуждены использовать сторонние хабы, чтобы объединять устройства разных производителей, это создает неудобства, ограничения возможностями хабов, нестабильность системы.

• Ограниченная функциональность. Проблема вытекает из первого ограничения. Например, я пользуюсь экосистемой от Xiaomi и хочу, чтобы по команде включался режим кинопросмотра: закрывалась штора, менялся режим освещения и включался телевизор. Но телевизор не входит в систему Xiaomi, значит, его нельзя интегрировать в умный дом, и приходится включать вручную. Да, есть ИК-пульт, но всё же.

• Зависимость от интернет-соединения. Еще один немаловажный момент: такие системы управляются через облачные сервисы, их работа напрямую зависит от наличия и качества канала доступа в интернет. Если доступ нестабилен или пропадает, устройствами невозможно управлять. А еще это ограничивает возможности масштабирования — к бытовому Wi-Fi-роутеру с сохранением стабильной работоспособности можно одновременно подключить небольшое количество устройств.

Не люблю жить с ограничениями и стремлюсь создавать собственные системы, поэтому решил перейти на open source решение, которое работает по локальной сети, практически независимо от наличия интернета.

Отказался от Wi-Fi и выбрал протокол Zigbee. Это беспроводной протокол, структура которого строится на работе нескольких компонентов:

• Координатор. Отвечает за инициализацию сети, передачу команд между устройствами и обработку данных. В сети Zigbee может быть только одно устройство-координатор, оно выполняет роль контролирующей станции.

• Роутеры. Устройства, предназначенные для перенаправления данных между другими устройствами в сети. Они помогают расширять зону покрытия и повышать надежность соединения.
  

• Устройства. Конечные девайсы, подключенные к сети Zigbee, которые принимают и передают данные, — те самые датчики, светильники, термостаты.

В сети Zigbee узлы могут сами менять маршруты соединений, переходя с роутера на роутер, с роутера на координатор и наоборот. Протокол независим от интернет-соединения, а интеграция Zigbee2MQTT поддерживает устройства более чем 400 вендоров и позволяет в рамках одного умного дома интегрировать огромное их количество — до 65 535 согласно спецификации Zigbee 3.0. У самих устройств высокая энергоэффективность, беспроводное питание и низкое энергопотребление.

Развернул свой сервер умного дома на базе мини-ПК Raspberry Pi 4 Model B 8Gb в корпусе Argon One M.2. Установил в него Zigbee-стик v.4 на CC2652. Благодаря интеграции Zigbee2MQTT я могу в любой момент интегрировать в систему практически любые устройства из более чем трёх тысяч девайсов различных вендоров, и для этого не требуется подключать сторонние хабы, объединять их с помощью костыльных решений.

В качестве программного обеспечения выбрал Home Assistant. Это система управления умным домом с открытым исходным кодом.

Перед тем как сделать выбор, я сравнивал OpenHAB, Domotix и Home Assistant. Одним из главных преимуществ Home Assistant является ее гибкость: система позволяет настраивать автоматические действия и сценарии, а также создавать собственные программные интерфейсы для управления устройствами. Кроме того, Home Assistant поддерживает интеграцию с другими системами управления умным домом — например, Apple HomeKit или Умный дом от Яндекса.

У других систем также есть подобные интеграции, но Home Assistant сейчас наиболее активно развивается. У него огромное комьюнити, участники которого помогают в развитии по всему миру.

Код интерфейса управления я писал параллельно с установкой датчиков и первых умных устройств. В Home Assistant есть блочный no-code-конструктор, но он недостаточно гибкий, и мне гораздо интереснее выстраивать систему с чистого листа. Как только появляется новый блок управления или устройство, я добавляю соответствующий элемент на рабочий экран в интерфейсе.

Для каждой зоны в квартире разработал отдельные экраны мониторинга и управления устройствами. На них вывел графики температуры и влажности, управление группами устройств в конкретных помещениях.

Данные на каждом экране разделены на три тематических блока: освещение, климат, мультимедиа.

Виджеты с графиками показывают состояние помещений в реальном времени: климат, активные устройства.

Интерфейс управления системой доступен с любых устройств. На входе в квартиру я установил планшет, и теперь он выполняет роль главной панели управления. Можно, проходя мимо, включить любое устройство — например, по нажатию запустить пылесос перед уходом из дома или голосом попросить это сделать Алису или Google Assistant.

Освещение. Первое, с чего обычно начинают устройство умного дома, — это автоматизация освещения. Можно установить проходные или сценарные выключатели, датчики движения, умные лампочки, подсветку — и с помощью одной кнопки управлять целой группой освещения.

Сейчас у меня в гостиной несколько различных источников света. Есть основная люстра, контурная подсветка, торшер и освещение за телевизором, а еще настольная лампа на рабочем столе. На входе в комнату я установил выключатель с шестью клавишами и с его помощью могу управлять устройствами, которые физически не связаны с выключателем и друг с другом — для этого достаточно написать скрипт. Могу добавить в контур другое устройство: например, к Новому году подключил управление елочной гирляндой.

Отопление. У меня батареи с регулировкой температуры: на коллекторе есть поворотный механизм, с помощью которого можно регулировать нагрев. Вместо стандартного регулятора на каждую батарею я установил беспроводные термоголовки Moes BRT-100-TRV.

Они работают от батареек, но, как я уже говорил, Zigbee-устройства очень энергоэффективные, поэтому термоголовки работают без замены аккумуляторов уже два года. Также установил датчики температуры, чтобы система считывала уровень тепла в помещении в целом, а не рядом с батареей.

Сейчас система снимает показания с датчика и позволяет управлять термоголовкой удаленно. Достаточно установить желаемую температуру, и при ее достижении термоголовка будет отключать нагрев. Если температура в помещении будет ниже установленной, термоголовки откроются, и батареи начнут греться. Также учитывается режим проветривания по датчику открытия окна.

Умные гаджеты — часть комфортного дома, а поскольку ограничения по брендам или количеству устройств на мою систему уже не распространяются, я интегрировал в умный дом:

• увлажнитель воздуха;

• очиститель воздуха;

• робот-пылесос;
• Яндекс Станцию;
  
• приставку PlayStation 5;
  
• телевизор;
  
• умный карниз.
  

Под каждое устройство в интерфейсе Home Assistant разрабатывал отдельные экраны.

Чтобы система работала без моего участия, настраивал автоматизации. Перечислю несколько сценариев:

• Режимы освещения. Например, в ночном режиме по датчику движения загорается свет, а в дневном — нет. Настроил режим chill-out, и в гостиной по нажатию одной кнопки включается легкая подсветка для кинопросмотра.
• Выключение всех устройств по нажатию выключателя в спальне. Очень удобно перед сном погасить везде свет.
  
• Автоматическая регулировка температуры в помещении в соответствии с заданными значениями.
  

Конечно, у меня к системе умного дома подключены телевизоры, увлажнитель воздуха, голосовой помощник — это классика. Но кроме этого я настроил несколько нестандартных сценариев, удобных лично для меня:

Освещение рабочего места. В рабочее кресло у меня встроен датчик давления. Он сигнализирует системе умного дома, когда кто-то садится на кресло. Автоматически включается настольная лампа. Когда кресло освобождается, датчик перестает передавать сигнал, и лампа сама гаснет — не нужно тянуться к выключателю.

Умный домофон. Домофон тоже интегрирован с системой умного дома, у него есть несколько режимов: «Открыто», «Курьер» и «Закрыто». В режиме «Открыто» система автоматически открывает дверь звонящему, а когда «Закрыто» — сбрасывает звонок. Режим «Курьер» открывает дверь первому, кто звонит в домофон. Этот режим интегрирован со смартфоном — в систему умного дома поступают уведомления из определенных приложений. Например, Яндекс Еда присылает пуш о том, что курьер выехал, — система его считывает и активирует режим «Курьер», открывает ему дверь, а мне в телеграм-бота присылает уведомление о том, что курьер поднимается.

Другой пример автоматизации управления домофоном — по геопозиции. Умный дом считывает местоположение моего смартфона и, если я нахожусь в определенном радиусе от системы, на ближайшие 10 минут активирует режим «Открыто» по геопозиции, и мне не нужно доставать ключи — достаточно набрать номер квартиры, и дверь откроется. Такую настройку можно выполнить для нескольких устройств — например, членам семьи.

Обычно вытяжка в ванной завязана на включение основного света. Свет горит, вентилятор включен, вытяжка работает. Но как только ты принял душ и выключил свет, вентиляция отключается, а влажность в помещении остается, и достаточно большая.

У меня включением вентиляции управляет отдельное реле, интегрированное в умный дом. Установлены пороги, при какой влажности должна включиться вытяжка, а когда — закончить работу, и должна ли она включаться по движению внутри ванной комнаты.

Вентиляция — история про удобство. Я решил пойти дальше и сделать еще одну полезную модернизацию — управление водоснабжением и умную систему защиты от протечек. Если в ванной установлены датчики, в момент протечки дома будет включаться колонка и сообщать: «Потоп!», а мне придет уведомление в Телеграме. А еще планирую установить на коллектор актуаторы, чтобы вовремя и удаленно отключить подачу воды.

Также в планах настроить энергомониторинг (можно снимать показания счетчиков и контролировать энергопотребление в каждом помещении или по группам) и приточную вентиляцию (проветривание + система оттока застоявшегося воздуха из квартиры).

Встречал мнение, что существует полезная часть умного дома — установить датчики открывания окон, дверей, дыма, а есть развлекательная — подключить голосового помощника, чайник, похвастаться гостям. Я не разделяю это мнение и считаю, что по-настоящему умный дом, как и любой гаджет, должен помогать во всех аспектах жизни:

• Безопасность. И за нее отвечают не только датчики открывания окон и дверей. Когда все устройства интегрированы в одну систему, можно удаленно, не находясь в квартире, управлять ими. Если уходишь или уезжаешь из дома, можно проверить, что все они отключены. А система управления водоснабжением сообщит о протечке, и можно будет перекрыть воду автоматически, до возвращения домой.

• Различные режимы автоматизации. Очень неудобно запоминать, какая кнопка на выключателе за что отвечает. Неудобно вручную запускать различные устройства, подходя к каждому. Привычнее мыслить сценариями: посмотреть фильм, поработать, отдохнуть. Круто, когда по нажатию одной кнопки включается всё, что нужно. В умном доме можно настроить автоматизации, а еще сменяющиеся автоматически режимы — например, день или ночь. Днем свет при движении в прихожей включать не нужно. Если это ночь, там другая история и другие настройки.

• Мониторинг. Можно создавать отдельные дашборды для любого устройства и в динамике отслеживать в помещениях уровень влажности, освещенности, тепла. Проверить, сколько работала PlayStation и играли ли дети в игры вместо уроков :)

Про рабочие проекты в различных отраслях бизнеса, которые мы реализуем с помощью цифровых решений, я рассказываю у себя в телеграм-канале.

С наступающим новым годом! Хороших праздников!