Как мы выбирали компонентную базу для умного дома: о датчиках и контроллере

    Kauri разрабатывает оборудование для IoT-решений и пишет под него софт. Недавно мы успешно протестировали работу сети Zigbee при помощи отладочной платы и датчиков, поэтому составили небольшой гид.

    Поговорим о критериях для выбора, производителях, ценах, немного поругаем российский рынок.

    image

    Мы составили для себя следующий список интересных нам датчиков, которые отвечают за индикацию:

    1. Протечек
    2. Задымления
    3. Проникновения (магнитоконтактный)
    4. Движения на объекте
    5. Разбитие стёкол

    А также датчики, измеряющие:

    1. Температуру
    2. Расход газа/воды
    3. Потребляемые мощности
    4. Влажность

    Из них мы закупили датчики движения/уровня освещенности, вторжения, протечки и температуры/влажности (исходя из решений под умный дом — предотвращение кражи, возгораний, затопления).

    Как мы выбирали производителя?


    Самый простой критерий для выбора — стоимость датчика и его доступность в России. Датчик сам по себе — простое устройство, разные компании выдают примерно одинаковое качество, поэтому мы отталкивались от цены на продукт — чем дешевле, тем лучше. Ведь в конечном итоге за все будет платить клиент, а на большой дом может уйти сотни датчиков. Если за каждый платить по 1000 рублей и больше, выйдет недешево.

    image

    Еще один важный критерий — потребление энергии (наши датчики, например, работают от батарейки). Некоторые приборы ставят в труднодоступных местах, постоянная замена элементов питания может стать неприятной проблемой. Мы смотрели датчики, поддерживающую технологию ZigBee, которая является наиболее энергоэффективным стандартом связи. Так, наши датчики могут находиться в спящем режиме, потребляя минимальное количество энергии, и переходить в режим приема-передачи только по необходимости.

    А еще ZigBee хоть и обладает невысокой скоростью передачи, но считается вполне надежной, способной самовосстанавливаться сетью, которая легко развертывается и эксплуатируется.

    Кто эти датчики делает?


    Фирм много, мы просто посмотрели список. Лидером выступает Xiaomi — у них дешевый продукт, большой выбор, можно хоть на Aliexpress заказать. Все-таки датчики должны быть легкодоступными и популярными.

    Сами по себе датчики бесполезны, их надо подключать к сети. Поэтому дальше надо решить, какую элементную базу и зигбишный SoC выбрать для того, чтобы протестировать этот стандарт связи.

    Мы выбирали между кристаллами Texas Instruments и Silicon Labs. Дальше стали смотреть, как обстоят дела с поддержкой этих микропроцессоров в России. Когда вы начнете разбираться с их работой, могут возникнуть технические вопросы: здесь поможет подробная документация производителя.
    image
    Также есть некоторые компоненты, которые в России тяжело покупаются — нет прямых дистрибьюторов. А это важно: надо иметь возможность заключить партнерское соглашение: вы выбрали кристалл и договорились о том, что будете закупать партию ежемесячно. Соответственно, для вас сделают специальное предложение по ценам и тд. Кстати, некоторые производители могут «подарить» тестовые образцы при регистрации проекта.

    Мы в итоге обратились к дистрибьюторам Silicon Labs, с ними можно заключить договор, цены адекватные, есть поддержка не только аппаратная, но и программная (всевозможные специализированные библиотеки, DLL — все это облегчает жизнь разработчикам).

    Далее нам нужна электронная плата, чтобы работать с микросхемой. Это процесс долгий. И для того, чтобы программисты сразу могли приступить к работе, Silicon Labs предоставляет, в частности, отладочные платы (полный пакет для разработчиков), драйвера.

    О контроллере


    image

    Данные о работе датчиков собирает контроллер и отправляет на сервер для дальнейшей обработки. Мы сделали собственный модульный Kauri-контроллер, чтобы он мог работать с максимально возможным количеством современных стандартов связей, необходимых для разных отраслей. От логистики, где преимущественно используется LoRa, до ритейла, где нужна технология RFID.

    Нам также важно, чтобы контроллер работал автономно. И, даже если возникнут проблемы с сетью, дом должен оставаться “умным” и безопасным. Контроллеры Xiaomi, например, не предоставляют такого решения. Они передают всю информацию на сервера в Китай (кстати, туда же может прилетать информация о местоположении жилья).

    Kauri-контроллер управляет всеми устройствами в локальной сети ZigBee при помощи скриптов на Python. Поэтому, в случае возникновения проблем с интернетом, система продолжит исправно выполнять свои задачи.

    Саму “коробочку” для контроллера — корпус — делают множество фирм. При ее выборе лучше отталкиваться от сферы эксплуатации — улица, дом. Если контроллер будет стоять на улице, выбираем IP не меньше 65 (чтобы выдержал дожди). Контроллер для помещений (дом, завод, склад) выбираем с IP40. Если нам нужно герметичное устройство (чтобы работало под водой) — выбираем IP66.

    При выборе корпуса для помещения стоит обратить внимание на его внешний вид, он должен эстетично смотреться в доме. Для контроллера используем процессор семейства iMX 8M, Cortex A53.

    О безопасности


    image

    Мы взяли отладочную плату, датчик, и программист отстроил Zigbee сеть. Далее проверили, появились ли датчики в сети и нормально ли они реагировали. И вот тут мы задумались о безопасности. Сама сеть ZigBee предусматривает криптографическую защиту данных.

    Отладочная плата является координатором Zigbee сети. Сеть может быть относительно открытой (происходит обмен ключами безопасности в момент подключения нового датчика) и закрытой (обмена ключами не происходит, то есть в сам датчик вшит нужный ключ безопасности).

    Недостаток открытой сети в том, что если кто-то в момент подключения сможет перехватить ключ, то дальше расшифровать всю передаваемую информацию не составить труда. А это особенно опасно, если речь идет о работе завода, например.

    В нашем случае настройки будут задаваться на уровне конфигурации сети, это значит, что клиент сам будет выбирать способ подключения датчиков и тип безопасности.

    О российской и зарубежной индустрии


    Мы использовали элементную базу иностранного производства. В России, к сожалению, подходящих компонентов не делают. Вся технология ZigBee, микропроцессоры, матрицы — все это принадлежит американцам.

    В России микроэлектроника практически не развита, даже резисторы не делают. В основном отечественные компоненты производят для космической отрасли, и все это стоит безумных денег. И в любом случае это не подходит для наших решений.

    Где заказали и сколько стоило?


    Это была обычная закупка для физического лица (без договоров) в розницу в обычном интернет-магазине. По стоимости вышло так:

    • Один датчик движения стоил 989 рублей
    • Датчик открытия окна и окон — 989 рублей
    • Утечки воды — 929 рублей
    • Температура влажность — 700 рублей

    Но мы закупали это для себя в офис, чтобы потестить. На том же Aliexpress эти датчики можно купить в два раза дешевле.
    Kauri
    Делаем интернет вещей

    Комментарии 16

      +3
      есть поддержка не только аппаратная
      Что вы имели в виду под аппаратной поддержкой? Не отладочные же платы? Они есть у всех. И программная поддержка в виде библиотек или dll есть у всех.

      В России микроэлектроника практически не развита, даже резисторы не делают.
      Не надо огульных высказываний. Резисторы в России делают. И выводные и SMD. Например, Р1-12.
      И даже керамические SMD конденсаторы делают. И микросхемы общепромышленного назначения в пластиковых корпусах по доступным ценам. И даже, представьте себе, rail-to-rail ОУ.
        0
        Да, Вы правы, резисторы делают, но фразу Вы вырвали из контекста. Например, на нашей плате стоят резисторы RC0402FR-0710KL в количестве 84 штук, я их закупил с доставкой по 0,07 рублей (с НДС), а такие же Р1-12 стоят от 11,84 до 70 рублей без НДС и на условиях самовывоза. P.S. У наших резисторов температурный коэффициент ± 100 ppm, а цена на Р1-12 указана для ТКС от 500 до 50 ppm соответственно.
          –1
          Так и надо было написать.
        +2
        А как сочетается вот это
        на большой дом может уйти сотни датчиков. Если за каждый платить по 1000 рублей и больше, выйдет недешево.

        Вот с этим
        Один датчик движения стоил 989 рублей
        Датчик открытия окна и окон — 989 рублей

        ?
          0
          Как мы и написали, датчики Ксиоми, конечно, можно купить за 1000 рублей и выше. Но если закупать их оптом, прошерстить поставщиков, то можно легко найти эти же датчики за 500-600 р. Просто мы купили для офиса потестить, поэтому не думали о цене.
            0
            Вот такой датчик оптом можно заказать по цене в районе 150 рублей за штуку. Конечно придётся приложить руки, прошивку зашить например.
              0
              150 рублей? интересно, какая у них себестоимость…
                0
                Почитайте по ссылке. Это и есть себестоимость. ))
            +1

            С таким же успехом можно взять обычную Raspberry Pi и реализовать всё на ней. Корпусов для неё навалом, хоть на DIN-рейку. Взаимодействие с Xiaomi устройствами можно наладить через шлюз (который по прежнему будет слать всё в китай, но взаимодействовать с ним можно и без интернета) или воткнуть USB свисток (не знаю на сколько это надёжно, но знаю, что решения есть).
            В статье совсем нет подробностей. Можно даже сказать, что я сделал аналогичное решение на малинке со своим велосипедом на PHP. При этом повторить подобное может каждый. Да и готовых решений море: MajorDoMo, Home Assistant, Domoticz и др.

              0
              1. не покупайте хлаоми — купил недавно и понял откуда такое прозвище, для автоматизации будите переходить в альтернативные системы.
              2. покупайте tuya smart — то же оем производство, но больше перспектив и не требует шлюза. а смысл в шлюзе, если все в облако уходит?
              3. хлаоми покупает только успешные проекты, но тех же перспективных закрывалок ролл-штор по цепочке у них до сих пор нет. ровно, как и рычага закрывания крана — ну любят такое в китае и перспективно выглядит с точки зрения обустройства готового дома.
                0

                У Xiaomi кроме работы со шлюзом есть возможность работы с USB свистком, ибо ZigBee протокол. При этом они предоставляют дешёвые и надёжные устройства. У меня дома уже года 2 как работают датчики температуры/влажности, движения, датчик открытия двери/окна, кнопка для управления. Всё работает через шлюз, но автоматизация легко программируется на сервере на Raspberry Pi на языке PHP. Для работы автоматизации интернет не нужен. При желании можно шлюзу закрыть доступ в интернет и открывать только для присоединения устройств новых по ZigBee.

                  0
                  Не подскажите какая задержка у датчика открытия двери от Xiaomi?
                    0

                    Примерно такая же, как при нажатии на кнопку или выключатель. Определить на глаз задержку невозможно, кажется что мгновенно событие прилетает.

                +1
                В России микроэлектроника практически не развита, даже резисторы не делают. В основном отечественные компоненты производят для космической отрасли, и все это стоит безумных денег.
                Необходимо больше голословных заявлений. Да, для ваших задач прямо сейчас ничего нет, но это не значит, что «в России микроэлектроника практически не развита».
                  0

                  А почему не посмотрели на оборудование от НПО Болид? Они уже давно весь функционал выполняют. Если использовать проводные решения (на начальном этапе ремонта актуально) то стоимость датчиков — копейки (в сравнении с Сяоми). Из минусов не удобный GUI, но управление (в том числе и смсками) в коробке. И по поводу радио интерфейсов и защиты от проникновения. Злоумышленники могут глушилкой нарушать каналы, вызывая ложные сработки, до тех пор пока сам не отключишь. Вневедомка на охрану радиоканальные датчики не берет уже…

                    0
                    В нашем случае настройки будут задаваться на уровне конфигурации сети, это значит, что клиент сам будет выбирать способ подключения датчиков и тип безопасности.

                    Можете про это подробней написать? Про какие способы идёт речь?

                    Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                    Самое читаемое