Умный_дом^о^строй

Вот, собственно, и всё, что хотелось сказать в рамках вводной статьи про определения. Казалось бы, в рамках умного домостроительства мы никуда не продвинулись, но, на самом деле, мы сделали очень много - определили сущность системы и ввели терминологию. К этими вещам будем возвращаться постоянно, а потому, как и было обещано, привожу краткое резюме.

Главные тезисы
Умный дом - киберфизическая система управления жилой средой, в которой алгоритмы или команды пользователя формируют управляющие воздействия на основе текущего состояния системы в соответствии с заданной политикой, с целью повышения комфорта, безопасности и эффективности.
Датчик - измерительное устройство, измеряющее параметры состояния системы.
Например термометр, барометр, гигрометр, датчик углекислого газа.
Исполнительное устройство (исполнитель, актуатор) - устройство, формирующее управляющее воздействие для изменения параметров системы.
Реле в подразетнике, моторчик шарового крана или телевизор и многие другие.
Система связи - способ передачи информации между частями системы.
Может быть комбинированной и весьма затейливой: от устройства по радио-связи до роутера, далее по интернету до облачной функции управления, а потом обратно облако-роутер-радио до исполнительного устройства.
Функция управления - функция, принимающая решение о параметрах функционирования управляющих устройств на основе полученной информации.
Собственный сервер Home Assistant, облачный провайдер Алиса/Tuya/HomeKit.

А, ну и в конце, что же всё-таки общего у умногодома и Терминатора? Уверен, прочитавшие статью уже смогут ответить на этот вопрос довольно точно: всё. И умный дом, и Терминатор - это киберфизические системы. И обоих есть функция управления (мозг или сервер), система связи между компонентами, датчики (глаза/камеры, термометры) и исполнительные устройства (моторчики приводящие в движение шаровые краны или руки). Так что правильный ответ такой: умный дом и Терминатор сущностно ничем не отличаются, и то и другое представляет собой кибрефизическую систему, но, правда, с разными целями (убить Сару Конор против обеспечить комфорт в доме) и реализацией (Терминатор бегает довольно шустро, а умный двигается со скоростью тектонической плиты на которой установлен).
Но можно сказать, что умный дом - это Терминтор, вросший в стену, или же Терминатор - это спятивший умный дом с ножками.

Дело в том, что киберфизическая система - это очень понятная история. Киберфизические системы окружают нас повсюду - город, транспорт, промышленность - почти любая система автоматизации физического мира сегодня развивается как киберфизическая система. По ним написано огромное количество теоретических и практических руководств, не только энтузиастами на форумах, но и в академической среде. В России даже есть специальный ГОСТ Р 71531-2024 (он пока сыроват, больше терминологический, но лиха беда начало).
Практически это даёт, в первую очередь, терминологическое единство (больше никакого разброда и шатания в терминологии - датчики, исполнительные устройства и актуаторы, политики - теперь мы точно знаем как это называть), а, во-вторых, столкнувшись с какой-то архитектурной проблемой всегда можно подсмотреть как она решается в других системах и результат, часто, будет трансполируем.

И вот теперь, наконец, вооружившись этими знаниями, попробуем вывести финальное определение умного дома, на которое и будем в дальнейшем опираться.

Умный дом - это киберфизическая система управления жилой средой (реализующая замкнутые контуры управления), в которой алгоритмы или команды пользователя формируют управляющие воздействия на основе текущего состояния системы в соответствии с заданной политикой, с целью повышения комфорта, безопасности и эффективности.

И сразу попробуем применить это определение на практике, ответив на вопрос, что требуется для построения умного дома.
Как следует из определения, нам требуется реализовать киберфизическую систему с наблюдаемостью, управляемостью и замкнутыми контурами управления, в которых политика (или же управляющее воздействие с учётом политики) определяет действия на основе состояния.
Реализовывать такую систему мы будем с помощью двух типов устройств: датчики и исполнительные устройства (в мире их чаще называют "актуаторы", но в русской традиции это слово почему-то закрепилось за линейными приводами, поэтому, чтобы не путаться, далее буду называть их просто "исполнители").
Помимо этих двух компонентов в том или ином виде так же должны быть представлены:
1) система связи (может быть проводной или беспроводной, а если объединяет более двух устройств, то речь пойдёт о сетевой структуре связи);
2) функция управления (может быть реализована по-разному).
Эти два пункта намеренно выделены особняком, поскольку связь и управление здесь функциональны, а способ их реализации вариативен и не влияет на сущностное определение системы. Сейчас разберёмся.
Возьмём систему связи: она может быть проводной или беспроводной, использовать разные частоты и протоколы, ну и, понятно, что если объединяем более двух устройств, то уже речь пойдёт о сети устройств.
С функцией управления всё ещё интересней: она может быть реализована как отдельное устройство, так и в облаке, и даже на уровне отдельных устройств.
Хороший пример сразу под обе сущности: ZigBee binding, где функция управления может быть размазана по всей сети устройств, которые, помимо прочего, сами создают и поддерживают сеть связи друг с другом, таким образом вся система может состоять только из датчиков и исполнителей, а функции управления и связи распределены между устройствами.

Прежде, чем начнём строить умный дом, не плохо было бы определиться, что же это за зверь такой. Кажется все знают, но мало кто сможет дать точное определение.

А что на фразе "умный дом" рисует ваше воображение? Может быть какие-то датчики, измеряющие параметры в доме? Всё правильно, в умном доме всегда должны быть измеряющие датчики, но сам по себе градусник с барометром не сделают дом умным.
Значит умный дом - это всевозможные моторчики, открывающие кран или шторы? Да-да, конечно, в умном доме не обойтись без исполнительных устройств, но как и датчики, сами по себе они бесполезны.
Кажется всё ясно "умный дом" - это совокупность датчиков и исполнительных устройств, влияющих друг на друга. Уже ближе, но, послушайте, если реле включает лампочку при достижении температуры в 30 градусов, это формально подходит под такое определение, но делает дом более безумным, чем умным.
А давайте попробуем добавить сюда цель. И это довольно просто, ведь наша цель понятна: повысить комфорт, безопасность, энергоэффективность и удобство эксплуатации жилого пространства. Вот теперь странно работающая лампочка не помешает, ведь она просто не впишется в определение.
Добавим ещё один штрих и сгруппируем наши цели в некоторые формальные правила (пример такого правила: при достижении температуры 25 градусов проверить, что в контролируемом объёме закрыты окна, и, если это так, включить кондиционер), набор таких формальных правил будем называть политиками.
И так, у нас есть: датчики, исполнительные устройства, цели и политики. Объединив всё это в систему, у нас получится, что для достижения целей датчики должны влиять на исполнительные устройства для следования политике.
И вот здесь мы подходим к очень важному промежуточному результату. Слегка перефразировав полученную формулировку, мы получим следующее определение нашей системы: это такая система, которая воспринимает своё состояние, принимает решения и воздействует на себя или среду через замкнутый контур управления с обратной связью. А это определение ни что и иное, как определение кибернетической системы. Зафиксируем этот важный результат: умный дом - это кибернетическая система.

Сейчас вам может показаться, что это абстрактные и даже отвлечённые рассуждения автора, собравшегося рассказать о практическом опыте строительстве умного дома, но ушедшего в абстрактное бла-бла. Поэтому для желающих получить только практическую выжимку, я обязательно подытожу самые главные выводы в конце статьи. А для продолживших чтение поясню необходимость. Для меня одним из важнейших условий умного домостроительства является простота - никакого изобретения ради изобретения, никакого самодельства ради самого процесса - и вот здесь чёткие определения нас ещё не раз выручат. Сейчас всё объясню.

И так, мы выяснили, что умный дом - это кибернетическая система. Но такое определение слишком общее, поскольку кибернетика описывает идеальную модель управления (того самого коня в вакууме из старого анекдота). Давайте сделаем следующий шаг и примем во внимание физическое присутствие модели управления в реальном мире, тогда получится наш умный дом не просто кибернетическая, а киберфизическая система (она же КФС, Cyber-Physical Systems или CPS). А вот этот результат уже действительно поможет нам дальше не усложнять, а упрощать.

Что общего между умным домом и Терминатором?

имально универсально пройти путь от первых проводов до сложнейших автоматизаций.

Сначала думал, что мой опыт подойдёт только новостройкам, ведь никто же не будет заморачиваться со штроблением стен под новые устройства. Но сейчас вспоминаю как много встречал умных устройств, где дополнительное питание вообще не требуется, а значит нет нужды долбить стены.
Давайте заглянем чуть вперёд и посмотрим, что же реально я сделал на этапе чернового ремонта? Прокинул кабель для автоматической шторы? Да, это удобно. Но минуточку, есть огромное количество моторов штор на аккумуляторе, работают по полгода на одном заряде. Питание на радиаторы и перекрытие кранов? Так существуют целые линейки устройств с шаровыми кранами на батарейках работающих больше года. Вот единственное, что установить реле в подразетники будет не просто, если заранее не предусмотреть глубину с запасом. Но на рынке каждые три месяца появляется новое реле, одно миниатюрнее другого, а даже если не будет подходящего, то вооружившись долотом, парой часов свободного времени и ненавистью, можно выдолбить задник существующей розетки и воткнуть туда любое реле.
Таким образом, прихожу к выводу, что мой опыт будет полезен самому широкому кругу читателей.
Есть, конечно, нюансы, они всегда есть: в частном доме может быть всё совсем по-другому, начиная от способов отопления и заканчивая количеством электрических фаз, а в старых домах выключатели освещения могут быть реализованы без нуля (а это создаст некоторые трудности для запитывания контролирующих реле, но вполне решаемых). Ой, да столько нюансов, заранее все не предусмотреть! Но я верю, что интересующиеся умным домом - люди исключительно прогрессивные и думающие. Я, со своей стороны, попробую максимально подробно и честно рассказать про личный опыт, а дальше каждый самостоятельно додумает до какой степени он применим к его ситуации.

Всё, хватит прелюдий, погнали! Со следующей статьи приступаю к конкретике.
Кстати, вы знаете, чем умный дом отличается от Терминатора Т-800?
Расскажу через неделю, а пока напишите в комментах свои варианты.

Когда я начал разговаривать со стенами и как они начали отвечать

Желание вести блог про автоматизацию у меня уже появилось, а вот желание писать длинные тексты пока ещё где-то запаздывает. Но лиха беда начало!

Ыыых!
Разудись плечо, размахнись рука!
Вспомни, молодец, каково это -
Набирать в ночи тексты длинные,
Тексты длинные, интересные.

В общем. Исключительно для тренировки писательских навыков, а не хайпа для, расскажу как вообще пришёл к идее создать умный дом в отдельно взятом жилом помещении.

Начну, понятно, издалека...
В детстве я очень увлекался фантастикой. А во многих фантастических фильмах квартира типичного обывателя рисовалась очень умной и не в меру болтливой: заходя домой, гражданин светлого будущего отдавал руководящие указания, приберись, мол, да поджарь яичницу, а умный дом, в свою очередь, живенько исполнял и даже умудрялся шутить по ходу дела.

Чудеса, - думал маленький я, - вот бы когда-нибудь, да хоть одним глазком.
Но особенно в это не верил, когда ещё такое будет... лет через триста, в лучшем случае...
Как вдруг! Хотя нет, до "как вдруг" были ещё долгие годы взросления, становления, мудрения и прочего -ния. И все эти годы я одним глазком подглядывал за развитием технологий.
Помню ещё в уютной ЖЖешечке почитывал блоги энтузиастов, тянувших провода по квартире и колхозивших обработку сигналов от аналоговых датчиков.
Круто, очень круто, но, даже не смотря на бешеную любовь к фантастике, повторять этот подвиг я был не готов. Умный дом, конечно, очень хорошо, но только когда во время его строительства пупок не развязывается. А разнести половину квартиры под провода, что-то там долго паять и неделями дебажить систему... Ну, это, конечно, очень весело (кроме шуток, как хобби - очень интересная, с головой захватывающая задача), но у меня была фиксация на конечном результате, а не процессе.
Как вдруг! Хотя нет, ещё рано.
Потом до массового пользователя добралось Ардуино и все кинулись делать автоматизации на этой базе. Многое упростилось, но всё ещё ту мач...
А настоящий бум домашних автоматизаций случился в середине десятых, когда словно грибочки апосля дождичка вылезли все: от эпловского HomeKit до опенсорсного Home Assistant. Тогда я тоже приобрёл свои первые умные устройства: было весело включит лампочку голосом через колонку, или даже чайник, но всё не то, скорее забавная игрушка, нежели ступенька к тому самому дому мечты.
Прошло ещё сколько-то лет и настало время переезжать из старой хрущевки в только что сданную застройщиком квартиру.
Как вдруг! Внезапно! Пазл сложился: умных устройств на рынке полно, искусственный интеллект развивается быстрее, чем сами создатели успевают понять его свойства. Ёжики пушистые! Крендельки-ватрушки! Так что это получается, граждане? Мы уже здесь что ли? В будущем? Оно наступило? Так быстро?!
Моментально пришло осознание, что чисто технологически уже можно построить тот самый умный дом из фильмов и поболтать с ним как со старым приятелем (не знаю почему, но именно возможность поговорить с домом человеческим голосом представлялось высшей целью). А раз уж ремонт всё равно делать, так почему бы не заморочиться чуть больше, сделав не просто ремонт, а умный дом.
Сказано - сделано!
Ха!
Если бы всё было так просто, о чём вообще писать. А в планах создать целое руководство по умному домостроительству. Так что непременно обо всём расскажу и максимально подробно, но позже. А пока отложим конкретику. Пока важно, что в умный дом я всё-таки заехал.
Всё получилось! Конечно, параллельно продолжаю дорабатывать разные системы, но основное: климат, освещение, безопасность - всё сделано, а самое главное, с домом уже можно говорить. И не только по делу, отдавая управляющие команды или спрашивая о погоде, но и просто за жизнь. Т.е. натурально получилось исполнить детскую мечту. И вот на базе этого воодушевления я и стану на какое-то время евангиелистом умного дома и расскажу про весь свой путь от голых стен к разговору по душам с этими стенами.

Так что устраивайтесь поудобней.
Постараюсь макс

Всем привет!

Несколько месяцев назад я переехал в квартиру в новостройке, где с нуля спроектировал и реализовал умный дом.

Сейчас уже работает :
- освещение и циркадные ритмы (регулировка цветовой температуры в зависимости от времени суток);
- микроклимат по температуре и влажности;
- система защиты от протечек;
- управление голосом на естественном языке;
- анализ изображений с общедомовых камер видеонаблюдения;
- открытие домофона по голосовой парольной фразе;
- приятное пробуждение с плавным открытием штор или включением света;
- контроль качества воздуха.

Подробно расскажу о всех этапах строительства системы и возникших сложностях. Вместе пройдём путь от голых стен до действующего умного дома.

В процессе ставил себе два главных условия:
1. Бюджетность без потери качества.
Это не громкий заголовок, как показала практика, одинаковый результат можно достичь разными способами, иногда с десятикратной разницей в бюджете.
2. Простота реализации.
Я не хотел делать умный дом самоцелью - важен результат, а не процесс как хобби. Поэтому всё сделано без кода на сотни строк, пайки, распечаток на 3D-принтерах и сложных сборок Arduino. Всегда будем стараться делать по принципу: купил - поставил - заработало. Не всегда так будет получаться, но всегда будем к этому стремиться)

Много интересного впереди, подписывайтесь и начинаем!