Привет, Geektimes!

Я реализую свой умный дом и хочу поделиться несколькими выстраданными решениями.

В качестве центрального контроллера в моей версии умного дома я использую Raspberry Pi с установленными Domoticz и MQTT брокером Mosqito. Центральный контроллер управляет разнообразными нагрузками, зачастую расположенными достаточно далеко от основного здания, например, в гараже или в теплице. В таких удаленных узлах я использую недорогие UDP реле KMTronic для коммутации нагрузок и Ардуино с Ethernet Shield для сбора данных и обратной связи.

Причем схему коммутации я предпочитаю использовать такую, чтобы в любой момент, в том числе при выходе из строя элементов инфраструктуры умного дома, я мог коммутировать нагрузки вручную. Для меня требование надежности вторично — главное, чтобы у моей жены всегда сохранялся привычный интерфейс управления, что позволит сохранить мир в семье и даст мне возможность и далее заниматься любимым хобби.

Идея

Идея проста: применение классической схемы включения с двух мест:



В качестве переключателя SA1 выступает один из релейных выходов KMTronic (NO-C-NC), в качестве переключателя SA2 — обычный бытовой одноклавишный переключатель. Все отлично работает, вот только есть один нюанс — у контроллера нет информации о действительном состоянии нагрузки. Не беда — добавим в схему в качестве нагрузки промежуточное реле или контактор KM с катушкой на 24V:


Так мы убьем сразу несколько зайцев:

• получим возможность использовать дополнительные контакты реле KM для обратной связи;
• повысим электробезопасность, что особенно важно во влажных помещениях;
• получим возможность коммутировать более мощные нагрузки, чем те, на которые рассчитаны реле KMTronic.

В качестве промежуточных реле мне нравится использовать Hager ERxxxx на 24V с принудительным ручным управлением (OFF, AUTO, ON).



Эта опция здорово помогает при отладке и в дальнейшей эксплуатации.

Реализация

Подключение UDP реле KMTronic к Domoticz на Raspberry Pi

• Устанавливаем socat для работы с UDP:
  
  

  sudo apt-get install socat
  

  
  
• В каталоге ~/domoticz/scripts создаем скрипт для управления KMTronic через UDP. Назовем скрипт, например, rudp.sh:
  
  

  #!/bin/bash
  RelayIP="$1"
  RelayNumber="$2"
  Status=$(echo FF0000 | socat - udp-datagram:192.168.100.${RelayIP}:12345)
  StatusBit=${Status:RelayNumber-1:1}
  CommandON=FF0${RelayNumber}01
  CommandOFF=FF0${RelayNumber}00
  if [ "$StatusBit" = "1" ]; then
  echo ${CommandOFF} | socat - udp-datagram:192.168.100.${RelayIP}:12345
  else
  echo ${CommandON} | socat - udp-datagram:192.168.100.${RelayIP}:12345
  fi
  

  
  
• Делаем файл rudp.sh исполняемым:
  
  

  chmod +x rudp.sh
  

  
  
• Проверяем из командной строки:
  
  

  rudp.sh 199 1
  

  
  
  Эта команда должна переключить реле #1 устройства KMTronic с адресом 192.168.100.199, используя дефолтный порт 12345.
  
  
• В Domoticz cоздаем Dummy switch, в полях On Action и Off Action указываем:
  
  

  script:///home/pi/domoticz/scripts/rudp.sh 199 1
  

  
  
  Теперь при клике по свичу переключается контакт UDP Relay.
  Параллельно мы можем переключать нагрузку, используя ручной переключатель.
  
  

Сбор информации о состоянии нагрузок при помощи Ардуино по протоколу MQTT

• Заливаем в Ардуино скетч для работы с MQTT (внимание, в скетче нужно связать входы Ардуино и индексы Idx наших Dummy switches, заполнив массив domoticz_Idx[]).
  
  Скетч

  #include <SPI.h>
  #include <Ethernet.h>
  #include <Bounce2.h>
  #include <PubSubClient.h>
  
  byte mac[]    = {  0xDE, 0xED, 0xBA, 0xFE, 0xFE, 0xED };
  byte server[] = { 192, 168, 100, 250};
  byte ip[]     = { 192, 168, 100, 199};
  
  // I/O ports on board, 20 for UNO and Leonardo (14 DI + 6 AI) 
  static const int ioPorts = 20; 
  
  // all pins                           0  1  2  3  4  5  6  7  8  9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
  static const uint8_t arduinoPins[] = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11,12,13,A0,A1,A2,A3,A4,A5};
  static const int availablePin[]    = {1, 1, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 1, 1, 1, 1}; //  pins available for general I/O. 1 - available, 0 - not available
  static const int domoticz_Idx[]    = {5, 6, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0}; //
  
  // Buffers for sending data
  char  statusBuffer[ioPorts+1] = "0";           
  char  prevStatusBuffer[ioPorts+1] = "0"; 
  
  // Instantiate a Bounce object
  Bounce debouncer[ioPorts] = Bounce();
  
  // Function headers
  void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length);
  char pinToChar(int value);
  int compareCharArrays(char  array1[ioPorts+1], char array2[ioPorts+1]);
  void readAllPins();
  void publishPins(boolean all);
  void setup();
  void loop();
  
  EthernetClient ethClient;
  PubSubClient clientMQTT(server, 1883, callback, ethClient);
  
  void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
    byte* p = (byte*)malloc(length);
    memcpy(p,payload,length);
    publishPins(true); 
    free(p);
  }
  
  char pinToChar(int value) {
    char result = 'X';
    if (value==HIGH) {
      result = '0';  // if pin opened, send 0
    }  
    if (value==LOW) {
       result = '1';  // if pin closed to GND, send 1
    }   
    return result; 
  }
  
  int compareCharArrays(char  array1[ioPorts+1], char array2[ioPorts+1]) {
    int result = 0;
    for (int i =0; i <= (ioPorts); i++) {
      if (array1[i]!=array2[i]) {
        result = 1;
        break;
      }  
    }  
    return result;    
  }
  
  void readAllPins() {
    for (int i =0; i < (ioPorts); i++)
    {
      if (availablePin[i]) 
      {
        debouncer[i].update();
        statusBuffer[i] =  pinToChar(debouncer[i].read());
      }  
    }  
  }
  
  void publishPins(boolean all) {
    char topic[]="domoticz/in";
    String data;
    char jsonStr[200];
    for (int i =0; i < (ioPorts); i++)
    {
      if ((all) || (prevStatusBuffer[i]!=statusBuffer[i]))
      {
        if ((availablePin[i]) && (domoticz_Idx[i])) 
        {
          data="{\"idx\":";
          data+=(int)domoticz_Idx[i];
          data+=",\"nvalue\":";
          data+=(char)statusBuffer[i];
          data+="}";
          data.toCharArray(jsonStr,200);
          clientMQTT.publish(topic,jsonStr); 
          Serial.print(topic);
          Serial.print(" ");
          Serial.println(jsonStr);
        }
      }  
    }  
  }
  
  void setup() {  
    // initialize serial port over USB  
    Serial.begin(9600);
    
    Ethernet.begin(mac, ip);
    
    // initialize the digital pins as an input.
    for (int i =0; i < ioPorts; i++)
    {
      if (availablePin[i]) { 
        pinMode(i, INPUT_PULLUP);
        debouncer[i].attach(arduinoPins[i]);       // setup the Bounce instance
        debouncer[i].interval(100);   // interval in ms
      }  
      statusBuffer[i]='0';  
      prevStatusBuffer[i]='0'; 
    }
    statusBuffer[ioPorts]='\0';      // EOL
    prevStatusBuffer[ioPorts]='\0';  // EOL
  
    readAllPins();
    
    if (clientMQTT.connect("myhome-ino-id1")) {
      clientMQTT.subscribe("myhome/ino/id1/in/#");
      publishPins(true);
    }
  }
  
  void loop(){
    clientMQTT.loop();
    readAllPins();
    if (compareCharArrays(statusBuffer,prevStatusBuffer)==1)
    // time for send information to the server
    {
        if (!clientMQTT.connected()){
          if (clientMQTT.connect("myhome-ino-id1")) {
            clientMQTT.subscribe("myhome/ino/id1/in/#");
          }  
        } 
        
        if (clientMQTT.connected()) { 
          publishPins(false);
        }  
      
      for (int i =0; i < (ioPorts); i++) {
        prevStatusBuffer[i]=statusBuffer[i]; 
      }
    }    
  }
  

  
  
  
  
• Подключаем свободный контакт нашего промежуточного реле к контактам Gnd и DIxx Ардуино.
  
  
• Для приема информации через MQTT в Domoticz устанавливаем MQTTWorker.
  
  
• Вручную включаем и выключаем нагрузку и наблюдаем изменение состояния нагрузки в интерфейсе Domoticz.
  
  

Спасибо за внимание, надеюсь, кому-то мой опыт окажется полезен.