Usando o Raspberry Pi para automação residencial

Há cerca de dois anos, a Raspberry Pi Foundation lançou um dispositivo bastante interessante - um computador de placa única, cujo tamanho é um pouco maior que um cartão de plástico bancário a um preço muito atraente. A novidade imediatamente ganhou imensa popularidade, a linha de pré-encomendas se estendeu por vários meses.

O Raspberry Pi foi apresentado em dois níveis de acabamento: modelo "A" e modelo "B". Ambas as versões estão equipadas com um processador Broadcom BCM2835 ARM11 com uma frequência de clock de 700 MHz e um módulo de RAM de 256 MB / 512 MB. O modelo "A" está equipado com uma porta USB 2.0, modelo "B" - com duas. O modelo "B" possui uma porta Ethernet. O processador BCM2835 também inclui um núcleo gráfico. A saída de vídeo é feita através de um conector RCA composto ou através de uma interface HDMI digital.

O sistema de arquivos, a imagem do kernel e os arquivos do usuário estão localizados em um cartão de memória SD, MMC ou SDIO. A característica mais atraente do Raspberry Pi é seu baixo consumo de energia (5V / 700mA), a presença de portas GPIO I / O com interfaces I2C, SPI, UART, bem como a capacidade de trabalhar remotamente via Ethernet.

Atualmente, apenas o modelo "B" é lançado com 512 MB de RAM e suporte a Ethernet. Além disso, uma nova versão apareceu à venda, que difere do modelo anterior "B" em um arranjo mais compacto de componentes, na presença de 4 portas USB, no aumento do número de portas de E / S GPIO e na ausência de uma saída de vídeo composta. A aparência do modelo "B" e o novo modelo do computador Raspberry Pi é mostrada na Fig. 1

Fig. 1

Por que posso usar esse dispositivo? Primeiro de tudo, deve-se notar que o Raspberry Pi é, embora não seja muito poderoso, mas ao mesmo tempo um computador completo. Ao conectar um monitor, teclado, mouse a ele e instalar qualquer kit de distribuição do sistema operacional Linux, ele pode ser usado como um computador de mesa para resolver tarefas que não requerem recursos de computação poderosos.

O Raspberry Pi é bastante adequado para uso como servidor de mídia doméstico, servidor de armazenamento, cérebro de robô ou máquina, servidor de automação residencial (ou a chamada "casa inteligente").

A aparência do Raspberry Pi causou um alvoroço neste dispositivo. Quando as paixões se acalmaram um pouco e ele apareceu à venda gratuita a um custo adequado, decidi conhecer melhor esse minicomputador. Para mim, o Raspberry Pi interessava principalmente do ponto de vista de usá-lo em um sistema de automação residencial, cuja idéia estava "madura" por muito tempo e exigia implementação prática.

Eu uso o termo "automação residencial" porque não gosto muito da expressão "casa inteligente". Não, não há nada de errado com o termo “casa inteligente”, mas recentemente esse conceito foi muito pervertido.

Uma casa inteligente é um sistema complexo de “multi-circuitos” que, além de executar vários cenários especificados pelo usuário, pode tomar várias decisões, dependendo de uma situação de emergência específica. Em outras palavras, é um sistema de "pensamento" (é claro, no nível da máquina). Ultimamente, chamei qualquer coisa de "casa inteligente" - por exemplo, Alarme GSM, sensor de vazamento de água, controle de luz por sensores de movimento, etc. Sim, todos esses são componentes separados de uma casa inteligente, mas não de uma casa inteligente como um todo.

Portanto, consideraremos a estrutura de construção de um sistema de automação residencial usando o Raspberry Pi (Fig. 2).

Fig. 2Estrutura da construção de um sistema de automação residencial usando Raspberry Pi (clique na imagem para ampliar)

O sistema de automação residencial consiste em um servidor central conectado via interface RS485 com controladores instalados em cada sala e, por sua vez, vários dispositivos de controle, monitoramento, regulação e proteção são conectados aos controladores.

A vantagem dessa arquitetura de rede é que não há necessidade de puxar os fios de cada dispositivo para o servidor, mas conectar os controladores aos quais estão conectados com um cabo UTP - um par de fios usado para a interface RS485 e os pares restantes para alimentar os controladores e sensores. Além disso, a lógica do trabalho é concebida para que a falha de qualquer controlador ou mesmo de um servidor central não afete o desempenho do restante do sistema.

O Raspberry Pi é usado como servidor central do sistema de automação residencial. Um servidor da Web é instalado nele, através do qual o usuário de qualquer dispositivo de comunicação (smartphone, laptop, tablet) através do navegador pode receber informações sobre todos os processos que ocorrem na casa e, portanto, gerenciá-los. O acesso ao servidor da Web digitando o login e a senha pode ser obtido na rede local doméstica e na Internet através de um roteador Wi-Fi.

A porta serial UART Raspberry Pi através de um dispositivo correspondente via interface RS485 conecta controladores com um conjunto diferente de entradas / saídas. Além disso, um modem GSM pode ser conectado ao RS485 para acessar o sistema através de uma rede de telefonia celular ou fixa, caso não haja maneira de obter acesso à Internet no ponto em que o usuário está localizado. O acesso ao sistema neste caso também é feito digitando uma senha.

Outro dispositivo na rede RS485 é um módulo de rádio. Seu objetivo é ligar-se ao sistema geral de automação de todos os sensores de rádio e controles remotos por rádio.

Atualmente, a primeira versão do sistema de automação residencial usando o Raspberry Pi foi desenvolvida. Além do servidor central, ele inclui vários tipos de controladores que possuem uma interface RS485 para comunicação com o servidor:

• Controlador de temperatura e umidade de oito canais. O controlador permite coletar leituras de temperatura e umidade de um sensor DHT22 e sete sensores DHT11;

• Regulador de temperatura de quatro canais (termostato). O controlador pode controlar 4 cargas no modo manual e de acordo com os parâmetros de temperatura definidos. É possível inserir valores de temperatura diretamente no controlador ou remotamente através da interface da web. Os modos de controle direto e reverso de controle de canal permitem usar o controlador para controle de aquecimento e resfriamento;

• O módulo de rádio é usado para emular controles remotos e coletar informações de sensores de rádio. Permite emular até 5 controles remotos e receber dados de 10 sensores de rádio;

• Controlador universal. Possui 4 entradas e saídas independentes e duas entradas para conectar os sensores de temperatura e umidade DHT11 e DHT22.

Você também encontrará links para a descrição da instalação do software para o Raspberry Pi, bem como para os materiais que descrevem a tecnologia de fabricação dos controladores, descritos acima. Gostaria de observar que este projeto é totalmente sem fins lucrativos, com fontes abertas para soluções de circuitos e software e com suporte técnico no fórum.

Mikhail Tikhonchuk

31.10.2014

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