«Умный дом» — переосмысление

На Хабре уже было несколько публикаций о том, как айтишники строят себе дома и что из этого получается.

Хочу поделиться своим опытом («тестовый проект»).

Постройка собственного дома (особенно, если еще и своими силами) — крайне объемный кусок информации, поэтому я свое повествование буду вести больше про ИТ-системы (мы же все-таки сейчас на Хабре, а не на ФХ, хотя там тема тоже есть).

Предыстория

Мы уже довольно давно перебрались из мегаполиса «поближе к природе». Таунхаус (наш выбор на тот момент) казался идеальным вариантом — уже не квартира в многоквартирном доме, но еще не загородный дом — идеальный «тест на загородную жизнь». При этом свой «клочок земли» и все центральные коммуникации, два этажа и никаких проблем с парковкой.

Но довольно скоро мы поняли, что «загород» — нам отлично подходит, а вот наличие «близких соседей» — нас не устраивает.

Начались долгие и кропотливые поиски подходящего участка (это вообще отдельная тема — столько нюансов), но «кто ищет, тот всегда найдет». Нашли (25 соток, ЛПХ, 3 фазы (15кВт)). Купили.

И вот тут началось…

Купить и оставить участок «как есть» — это не про нас. Начали его осваивать потихоньку — удалили лишние деревья, организовали въезд, построили забор (все своими силами, денег-то не осталось после покупки участка)…

Сразу было понятно, чтобы строить дом — нужно продать таунхаус. Процесс продажи — очень небыстрый (загородная недвижимость — это очень сложно).

Чтобы было «не скучно» решили построить небольшой гостевой домик, который в дальнейшем можно было бы использовать вместо съемной квартиры на время строительства основного дома и после постройки дома как «кабинет вне дома со всеми удобствами» (ну и как гостевой дом тоже, конечно:)). Заодно на нем опробовать технологии строительства и сделать «тестовый» умный дом.

Стройка

Поскольку этот домик — «гостевой» и является «разминкой» перед стройкой основного дома, то решили его строить по каркасной технологии (северо-американский вариант).

Выбор технологии строительства был сделан на основании двух гипотез: «быстро» и «дешево».
Постулат «быстро» — да, правда (при условии достаточного финансирования), а вот «дешево» — совсем не оправдался («хорошо дешево не бывает» — если все делать правильно по технологии и «для себя», то получается совсем недешево).

Сегодня домик выглядит вот так:



Цоколь еще не доделали — вот снег растает и все подсохнет, тогда и займемся им.

Кратко про инженерные системы домика:

• Принудительная приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла.
• Отопление — (только) электрические теплые полы.
• Холодное водоснабжение — скважина.
• Горячая вода — от электрического бойлера.
• Канализация — ЛОС.
• Кондиционирование — сплит-система (пока не установлена, но все необходимые магистрали проложены на ранних этапах стройки).

Собственно, при самой стройке ничего «ИТ-интересного» не происходило — нормальный строительный процесс (хотя вру: когда на участке еще даже не было временного туалета, уже была проброшена оптика, стоял роутер и запущена система видеонаблюдения).

Если интресует сам процесс стройки — вот моя тема на ФХ.

По своему (уже состоявшемуся) опыту — продумывайте все свои системы на несколько итераций вперед, чтобы не забыть сделать все нужные «закладки» («гильзы» для ввода кабелей, продумывайте где будет стоять различное оборудование и сколько его будет; прикидывыйте, как пройдут трассы и т.п. — это потом существенно облегчит жизнь, когда дело дойдет до инженерных систем). Подумать о «плане Б» — тоже не помешает (лучше иметь 1-2 запасных варианта, чтобы в случае чего можно было оперативно переиграть решение).

Маленький (тестовый) домик позволил реализовать и опробовать тот подход, который сложился в голове за последние 6-8 лет жизни в таунхаусе (где застройщик фактически все инженерные системы сделал за меня, и это накладывало определенные ограничения на систему «умного дома» (УД), которую я медленно, но верно испытывал на своей «прекрасной половине»):

— Перестань издеваться надо мной: я не знаю, как пользоваться выключателями — они разные на разных этажах — тут надо нажать, а тут — прислонить палец.
— Если свет еще раз ночью зажжется, я вырву что-нибудь с корнем!
— Ты меняешь выключатели быстрее, чем я успеваю к ним привыкнуть!
— Зачем нам голосовое управление? Я этим пользоваться не буду!

Поскольку тут у меня уже не было никаких ограничений (в виде застройщика) — все системы делались так, как считал необходимым.

В результате вся электрика была сделана слегка нетрадиционным образом: в доме нет ни одного «классического» выключателя и вся проводка сделана «звездой» с центром в электрическом щитке.

Выглядит это вот таким образом:

Кровь, кишки...

Щиток — «маленький», всего-то на установку 120 стандартных модулей (и это для домика, общая площадь которого — около 30м2).



Но после установки всего необходимого оборудования он уже совсем не кажется избыточным по объему:

Топология «звезда» позволила в электрическом щитке расположить управляемые блоки, и теперь можно «рулить» любым «лучем» по своему желанию (как «рулить» — это отдельная тема, об этом чуть дальше).

Конечно, не все нагрузки требуется коммутировать через управляемые модули. Часть оборудования идет через обычные «автоматы» (холодильник, плита, «серверная» (ага, мы же не будем «стрелять себе в ногу»), стиральная машина и т.п.)

Пока шла стройка и занимались отделкой — с электрического ящика снял дверцу и банально пальцем тыкал в нужную кнопочку чтобы включить ту или иную цепь.

Вообще, если честно, то я несколько излишне усложнил систему — сейчас, после нескольких месяцев эксплуатации, вижу, что можно было сделать чуть-чуть проще (некоторых потребителей, которых я разделил для возможности раздельного управления — объединить в группы), но в целом — подход себя полностью оправдал и позволил решить все возникающие задачи.

Когда уже почти все было готово — дома начала разворачиваться настоящая ИТ-инфраструктура:

• Роутер mikrotik (резервный канал через LTE, vpn, capsman, мониторинг и все такое).
• Две различные WiFi-сети — физически разные точки доступа (одна сеть для IoT-устройств, другая — для обычных пользователей (вообще для «обычных» пользователей — две сети: 2.4 и 5ГГц), надо бы еще одну «гостевую сеть» поднять...).
• Сервер домашней автоматизации («сердце» «умного дома»).
• NAS Synology.
• Бесперебойники ...

Большая часть «железа» уже была в наличии и переехала из таунхауса.

А вот тут уже начинается «ум» дома.

Все перечислять — будет очень долго, но суть везде одна и та же — система «сама» обнаруживает и реагирует на какие-то события/параметры без участия человека. Приведу некоторые очевидные (и не очень) сценарии, которые подверглись автоматизации:

«Он сам пришел» ©

Климат

• Режим «день/ночь» (с удобным управлением, как графиком, так и желаемыми уровнями нагрева/охлаждения).
• Если хозяева уехали — перевести систему в «ночной режим» для экономии электричества.
• Термостат для управления теплым полом (т.е. задается не только комфортная температура теплого пола, но и желаемая температура в помещении).

Освещение

• Все уехали — погасить свет в доме.
• В темное время суток в санузле включить свет при обнаружении движения (ночью свет НЕ ВКЛЮЧАТЬ, дабы «не разбудить» ;)).
• В прихожей ночью включить ночник при обнаружении движения.
• Имитация обычной «световой активности» хозяев в их отсутствие (при необходимости).
• При возвращении хозяев в темное время суток — включить «приветственный» свет на веранде и в прихожей (последнее — по датчику открытия двери).

Электричество

• Если все уехали — выключить «ненужные» розетки (не надо помнить, «выключил утюг или нет?»). По возвращению хозяев — «вернуть как было».
• Включить электрический полотенцесушитель на 2 часа, если влажность в санузле поднялась выше 70% (кто-то пошел в душ и точно будет сушить полотенце после этого).
• Выключить греющий кабель в подводящей водопроводной трубе, если температура на улице выше 5 градусов.

Безусловно, это только «верхняя часть айсберга» по приведенным подсистемам, а есть же еще другие области (такие как «Охрана», «Информирование» и т.п.).

Кто-то может сказать, ну и зачем тут городить «умный дом» — достаточно накупить в леруа мерлен (оби, кодин терра, к-раута — нужное подчеркнуть) датчиков движения, термостатов и т.п. — и решить те же задачи (пусть и не так изящно). И в чем-то будет прав, но если делать по-умному, то возможно «двойное» использование одних и тех же вещей. К примеру, датчик движения в прихожей можеть быть «активатором» ночника, когда хозяева дома и «датчиком движения» для охранной системы (когда хозяев нет). Да и «аппетит приходит во время еды» — я уверен, что еще далеко не все возможные сценарии выявлены и автоматизированы.

Кстати, «прекрасная половина» теперь является активным «паровозом» в процессах автоматизации, причем, уже в формулировках:

— А почему у нас до сих пор автоматически не… (далее следует словесное описание какого-то сценария) ?

Так с выключателями-то что?

Несмотря на то, что дома нет ни одного физического выключателя (рубильники и кнопки в электрическом щитке не считаем), никаких сложностей с включением/выключением не возникает.

И происходит это потому, что свет можно включить следующими способами:

• Беспроводной выключатель («беспроводная кнопка»), который наклеен на стене в удобном месте (там же, где должен был бы быть «простой» выключатель).
• «Привет, Siri! Включи люстру» (говорится Apple Watch, MacBook, iPhone/iPad).
• «Hey, Google! Turn on lights in the kitchen» (можно просить как андроид-телефон, так и «умную колонку» — у меня Google Home Mini).
• «Alexa, turn off light in the living room» (Echo Dot от Amazon).
• Приложение Home (iPhone/iPad/MacBook/AppleWatch).
• Приложение на умных часах.
• Приложение на андроид-телефоне/планшете.
• … (Наверняка еще что-то забыл ;)

Т.е. несмотря на отсутствие выключателя — его функции доступны и способов «коммутации» куда больше, чем при использовании классического решения.

Естественно, все работает как локально (внутри дома), так и удаленно (главное, чтобы интернет был).

Google Assistant и Amazon Alexa — на текущий момент не владеют «великим и могучим», но вот со стороны Google ситуация, думаю, скоро изменится — в «бета-режиме» колонка уже довольно сносно распознавала русский и говорила на нем, правда, на русском не работало управление умным домом, но это наверняка временные трудности.

Интеграция

Дальше становится еще интереснее — границы между системами потихоньку начали «размываться».

Система видеонаблюдения -> УД

К примеру, у меня (пока) есть одна капризная IP-камера, которая может «отвалиться» в любой произвольный промежуток времени — раньше для нее было настроено правило, что она раз в сутки самостоятельно перезагружалась. Так она умудрилась уйти на перезагрузку и не вернуться. Конечно, это произошло, когда я был в нескольких тысячах километров от дома…

Так эту ситуацию я оставить не мог.

Придумалось следующее решение: у Synology в системе видеонаблюдения не так давно появилась возможность использовать запросы во «внешние» системы.

Настроил простое правило «если потеряно соединение с целевой камерой — отправить запрос в систему умного дома, чтобы последний перезапустил камеру по питанию» (банально передернул питание PoE-инжектора с помощью «умной розетки»).

Вуаля! Работает! Регулярную самостоятельную перезагрузку камеры — заблокировал за ненадобностью.

Правильнее было бы конечно...

… поменять PoE-инжектор на нормальный PoE-коммутатор и там задать правила, по которому запустить «Power Cycle» для конкретного порта, но это будет позже…

Кстати, ровно по этому же принципу можно сделать камеру видеонаблюдения — «датчиком движения» в системе УД.

УД -> Видеонаблюдение

Другая задача — иллюстрирует взаимодействие «в обратную сторону»: когда хозяева дома — отключить камеры видеонаблюдения, расположенные внутри домика (камеры внутри установлены поскольку мы любим путешествовать: приятно откуда-то издалека «заглянуть домой» и убедиться, что там все хорошо и подсмотреть, что робот-пылесос работает, а не забился куда-то в угол и отлынивает;)).

В этой задаче уже «умный дом» (на основании geo-данных) определяет, есть ли кто из домочадцев «поблизости» и если это так — инициирует переход системы видеонаблюдения в «Home Mode», при котором часть камер отключается.

Анализ данных

Ни одна серьезная система не обходится без датчиков (абсолютно разного типа) и системы хранения их данных — вот тут появляется возможность многофакторного анализа.

К примеру, в какой-то момент в домике обнаружилась одна неприятная вещь — низ окон начинал «потеть», конденсат обнаружился и на торце входной двери (обильный конденсат). Стали искать причину — поиск по форумам, применение каких-то превентивных мер — не давали результата. А оказалось все просто — достаточно было глянуть на показания датчика влажности в комнате — влажность в какой-то момент повысилась процентов на 10-15 от обычного состояния. С новыми данными решение искать стало проще — на ФХ в теме про вентиляцию предположили, что это последствия наличия «перетекания» воздуха внутри блока рекуператора, которое приводило к превышению «приточки» над «вытяжкой». Другая возможная причина этого — засорившийся фильтр внутри системы вентиляции.

Оказалось, что это именно так: замена фильтров и проклейка пары критичных мест уплотнительной лентой в блоке рекуператора полностью решили нашу проблему — конденсат везде пропал (и влажность вернулась к обычным значениям).

Так же интересно смотреть на реакцию системы при изменении параметров автоматизации: например, как скажется изменение значения термостата в контуре теплого пола на его электрическое потребление?

Но, к сожалению, на текущий момент времени на анализ практически нет, но данные копятся…

Если честно, то уже хочется какие-то вот такие вещи отдать на откуп ИИ ;) — пусть анализирует и подсказывает наиболее оптимальные значения.

Жаль, что пока это только из области фантастики.

Оборудование и ПО

В этой статье я умышленно обхожу какие-то технические детали и не даю конкретных рекомендаций по железу и софту (хотя и это могу, конечно) — это не очень важно, главное — принципы (которые можно применить практически на любой современной системе с разной степенью удобства реализации).

Для меня в «умном доме» важны следующие вещи:

• Независимость процессов автоматизации от внешних «облаков» (все автоматические процессы должны работать даже при отсутствии доступа в интернет).
• Вариативность оборудования (не ограничивать себя только изделиями только одного производителя — необходимо иметь возможность интегрировать устройства разных вендоров между собой).
• Разнообразные способы управления (веб, приложения, голосовое управление (Siri, Google Assistant, Amazon Alexa) — кто знает, каким образом в реальной жизни (и реальный момент времени) будет удобнее воспользовться?).
• Гибкость построения различной автоматизации (развитый скриптовый язык сценариев — чтобы эта мелочь не могла омрачить «полет фантазии» в описании процессов).
• Актуальность состояний внутри системы (когда я только-только начинал «погружение в тему», часть устройств была вообще без обратной связи (livolo, например), потом появилась обратная связь (со сменой устройств, конечно), но частенько актуальность статусов была под большим вопросом — приходилось проверять).
• Минимальные задержки (время от подачи команды/«нажатия кнопки» до видимой реакции системы должно быть как можно меньше, чтобы это не вызывало временного дискомфорта от эксплуатации).
• Предсказуемость и стабильность (никаких несанкционированных «барабашек», включающих/выключающих свет (особенно ночью;)) быть не должно).

Безусловно, любая система УД (да и любая критичная ИТ-система) должна бекапиться и резервировться (вообще не мне вам об этом говорить;)).

Заключение

Вообще говоря «переосмысление» — не совсем правильное слово в названии, скорее это «развитие»: за последние 6 лет с того момента, как я написал:

Для меня «умный дом» — это когда находится какая-то проблемная область в обычной домашней жизни, для нее делается какое-то решение, которое начинает работать без участия человека и позволяет забыть эту проблемную область как минимум надолго, а в идеале — навсегда.

мое мнение не поменялась. Принцип остался прежним, просто системы стали более сложными и интересными, аппаратное обеспечение поменялось (несколько раз), сфера влияния и зона ответственности «умного дома» увеличились.

P.S. а таунхаус мы продали и готовимся к стройке основного дома…