Управление освещением в квартире и другая электрика: техническое устройство

В этой статье я хочу описать техническое устройство реально работающей на конец 2017 года системы в моей квартире. Это не конец, планов много, это текущее состояние.

Что и как работает описано в Управление освещением в квартире и другая электрика: что сделано

Светодиоды

Весь свет сделан на мощных светодиодных лентах теплого белого света с типоразмером светодиодов 5050, мощностью не менее 12 Вт/м, напряжением 12 и 24 В. В спальне (в гостиной планируется так же) кроме белой установлена мощная RGB лента на 24 В.

В ванной и туалете ленты в профилях, светят под 45 градусов к полу.

Фотоаппарат снизил общую яркость, чтобы было видно профиль

Реальная освещенность

В остальных местах ленты спрятаны на полочках и свет не прямой, а отражение от белого потолка. Свет не такой яркий, как от мощных люстр, но по моему опыту - сначала непривычно, а потом хватает, нет желания ставить ленты еще (техническая возможность есть). Более того, я часто включаю свет не на полную яркость.

Фотоаппарат снизил общую яркость

Блоки питания

Несколько безвентиляторных блоков питания мощностью 200-250 Вт на 24 В. Соответственно, ленты на 12 В включены последовательно по два одинаковых куска.

Диммеры

Несколько четырехканальных DALI-диммеров с током до 5 А на канал (при 24 В дает 120 Вт на канал)

Настенные выключатели

Все без фиксации, часть - переделанные из обычных с фиксацией, часть - заводские "для жалюзи". Все выключатели подключены к шине DALI через четырехканальные адаптеры "контакт->DALI".

Подробнее про DALI, ленты, питание, диммеры, выключатели см. Освещение на протоколе DALI и его компоненты

Сервер

Назначение сервера

Для управления освещением с помощью выключателей достаточно сконфигурировать DALI-диммеры (может понадобиться спец. устройство). Для расширенного функционала нужен сервер, который умеет слушать шину DALI, отправлять по ней команды и общаться с внешним миром. Устройство системы таково, что в случае сбоя сервера выключатели и свет будут продолжать работать.

Сервер должен обладать следующим функционалом:

• конфигурирование устройств DALI вручную
• управление освещением DALI вручную и автоматизированно (например, по движению в кадре камеры)
• удаленное управление освещением с помощью программ типа "умный дом"
• удаленное управление освещением со смартфона
• просмотр состояния устройств и датчиков как локально, так и удаленно
• расширение функционала добавлением камер, датчиков, управляемых устройств

Устройство сервера

Готового сервера с указанным функционалом я не нашел. Существуют различные шлюзы DALI-USB, DALI-Ethernet, но они обладают целым рядом недостатков: они не умеют слушать шину, т.е. не могут реагировать на нажатия, например, выключателя. Программы для управления могут не позволять организовать дистанционное управление светом (т.е. могут работать только мышкой). При этом, все они имеют неадекватно высокую цену (я покупал самый дешевый вариант DALI-USB, который делает финский умелец, для опытов и чтобы с чего-то начать, и стоил он как три Raspberri Pi 3).

Поэтому было решено написать программу самостоятельно, и спаять самодельный адаптер DALI<->GPIO (некоторые подробности его работы см. в Raspberry Pi 3, работа с GPIO в Linux и DALI). Подробнее см. Программа DALI Controller.

Оборудование сервера состоит из Raspberry Pi 3 и самодельного DALI<->GPIO-адаптера. Питание 5 В сервер получает от эффективного DC-DC преобразователя, который подключен к блоку питания светодиодных лент на 24 В.

Шина DALI требует блока питания, он также самодельный (см. Простой блок питания шины DALI), питается от 24 В.

Raspberry подключен к домашней сети по Wi-Fi (возможно подключение по Ethernet), и имеет доступ в Internet.

К Raspberry по GPIO подключены 2 датчика типа DHT-22 (температура и влажность, улица и дом).

Программное обеспечение

На Raspberry под управлением Raspbian (это такой Linux для Raspberry) работают:

• самописный сервер DALI Controller
• MQTT-брокер (прием и отправка MQTT-сообщений)
• программа MajorDoMo ("Умный Дом") с WEB-интерфейсом, доступным с других компьютеров

Кроме этого, программа, которая раз в 10 минут снимает кадр с камеры (отслеживание сосулек ;) и публикует его в MQTT.

Как это работает

Вот схема, на которой показаны программные и аппаратные средства системы:

Пользователь может управлять системой через браузер (WEB UI), программу MQTT-клиент (например, на смартфоне) и настенные выключатели (Wall switch).
Выключатели подключены к шине DALI (DALI line) и напрямую адресуют диммеры, поэтому свет будет работать даже при сбое сервера.

Изменение состояния светильников отслеживает программа DALI Controller, прослушивая шину DALI и команды через MQTT, и публикует их состояние в MQTT.
В MQTT же публикуется температура и влажность с датчиков, кадры с камер, состояние противообледенительного нагревательного кабеля крыши балкона.
Эти состояния затем видны в браузере и любых MQTT-клиентах (в т.ч. на смартфоне).

Управление светом и другими устройствами осуществляется путем посылки MQTT-сообщения (из браузера через "Умный Дом" или любой MQTT-клиент, в т.ч. со смартфона).