Een doe-het-zelf-huisautomatiseringssysteem plannen: 12 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Het doel van deze instructable is niet om je te vertellen hoe je kunt doen wat je wilt dat je huis doet. In plaats daarvan is het geschreven om een idee te realiseren, maar ook om waanzin in gezond verstand te veranderen door de limieten te begrijpen (technologie, kosten, benodigde tijd, veiligheid …).

Er zijn veel zeer goede handleidingen en artikelen op internet om veel dingen in zeer uitgebreide details te begrijpen. Dit is niet wat we willen. We willen het grote geheel. Wat zijn de basisvaardigheden die we kunnen leren of verbeteren. Wat we moeten aanraken.

Dit omvat basiszaken zoals:

• Wat is domotica? Check eerst of dat ook echt aan je verwachtingen voldoet.
• Waar te beginnen? Vrij eenvoudig, begin waar je bent, waarschijnlijk thuis. Ken je het van binnen en van buiten?
• Wat kan ik doen? Over alles behalve je moet plannen en je grenzen kennen. Dit omvat in leven blijven (werkt elke dag, ook 's avonds).
• Wat zijn de stukjes van deze puzzel? Complexer, er zijn veel vormen en het is heel gemakkelijk om stukjes te verliezen. We zullen proberen ons verstand te behouden.
• Hoe dat in elkaar te zetten? Dat wordt concreter, we DOEN het echt. H*ll ja!

Deze instructable is nu ook beschikbaar op mijn persoonlijke pagina:

Stap 1: Wat is domotica?

Googlen op "domotica" leverde 33 miljoen resultaten op. Dit is of meer dan genoeg of gewoon te veel.

Het eerste resultaat, Wikipedia-artikel (natuurlijk), stelt:

"Domotica of smart home [1] (ook bekend als domotica of domotica) is de residentiële uitbreiding van gebouwautomatisering en omvat de regeling en automatisering van verlichting, verwarming (zoals slimme thermostaten), ventilatie, airconditioning (HVAC) en beveiliging, evenals huishoudelijke apparaten zoals wasmachines/drogers, ovens of koelkasten/vriezers die wifi gebruiken voor bewaking op afstand. Moderne systemen bestaan over het algemeen uit schakelaars en sensoren die zijn aangesloten op een centrale hub, soms ook wel een "gateway" genoemd, van waaruit het systeem wordt bestuurd met een gebruikersinterface die communiceert met een aan de muur gemonteerde terminal, software voor mobiele telefoons, tabletcomputer of een webinterface, vaak maar niet altijd via internetcloudservices."

Wat zegt het?

• Smart home: het huis "bewust" maken van zichzelf of het de mogelijkheid geven om dingen te doen.
• Residentieel: door je te concentreren op doe-het-zelf, probeer dit niet op het werk:) Het lijkt erop dat we het willen bespreken.
• Gebouwautomatisering: Inderdaad, als luie nerd wil ik dat een computer maakt wat ik niet zelf wil doen. Doorgaans de garagedeur controleren, verwarming in-/uitschakelen enzovoort. Super goed!
• Schakelaars en sensoren: Zie dit als ogen en vingers van het huis, zonder beide zal dat niet veel doen.
• Centrale hub: Dus dat slimme huis heeft hersenen nodig? Interessant. Eén brein om alle dingen te regeren. Dat zal de controller zijn.
• Interacted: Het huis kan zijn eigen leven leiden, maar wij willen er deel van uitmaken. Dat is onze plek. Wacht, hoe chat je met een huis? Dit zijn de apparaten/knooppunten.
• Internet clouddiensten: daar hou ik niet van, een of andere machine zou niet moeten weten dat ik de wasmachine aan heb. Maar dat is persoonlijk. Vergeet niet "de cloud bestaat niet, het is de computer van iemand anders". Wacht, een service is veel meer dan een computer. Reizen met het vliegtuig is meer dan een eigen vliegtuig hebben. Het doe-het-zelf-aspect onthoudt zich echter van externe hulp/fraude.

Dus als we het samenvatten, eindigen we met: ik wil een scherm plaatsen om mijn huishoudelijke apparaten te laten doen wat ik wil. Ongeveer wat we zouden verwachten.

Ter herinnering: we gaan niet in op technische aspecten zoals protocollen, verkopers, leveranciers en dergelijke. Dit is een doe-het-zelf-project. Als hobbyist ken ik niet alle details van de items waaruit dat sterrenstelsel bestaat. Wetende dat mijn huis is waar ik wil beginnen. Als zodanig zal ik voornamelijk mijn persoonlijke ervaring delen.

Ik zal echter alle gebundelde oplossingen uit de markt gewoon negeren, want dit is niet wat we willen. Deze handleiding kan nog steeds van pas komen als u alleen basisconcepten wilt doornemen.

Opmerking: we geven niet om de grootte van uw huis. Hemel is de limiet. Het grootste deel van dit artikel is geschreven door een paar apparaten op mijn bureau te hebben.

Stap 2: Het grote plaatje

Controlelijst:

• Heb je al wat ideeën?
• Maak een lijst van wat u wilt modelleren: Gebouw, vloeren, kamers, systemen, apparaten…
• Maak een lijst van waar u zich NIET prettig bij voelt: Misschien wilt u beveiligingsapparatuur of toegangscontrole overslaan.
• Prioriteiten stellen: voor echte doe-het-zelvers ben je de meeste tijd alleen. Focus op prestaties.
• Evalueer de kosten: elimineer wat u denkt dat te duur of niet de moeite waard is.
• Vaardigheden evalueren: Ik ben momenteel niet in staat om iets in 3D te ontwerpen, maar dat is een vaardigheid die ik graag zou willen verwerven.

Als je zo ver bent, zou je nu een redelijk goed idee moeten hebben van wat je wilt bereiken. Voor deze instructable neem ik dingen over mijn eigen ervaring aan:

• Home heeft ongeveer 15 kamers. Dat is best veel om "iets te beginnen".
• Ik zal me concentreren op verwarming: houd de temperatuur in de gaten en zet de verwarming aan/uit.
• Ik gebruik goedkope D1 Mini-klonen van Ali Express. Een paar maanden geleden had ik zelfs geen soldeerbout.
• Ik wil dat echt gebruiken, ik zal proberen te bereiken naar "3D-geprinte behuizingen die rond het huis zijn geïnstalleerd". Nog niet behaald…
• Er is een dimensie van 'vrouwacceptatie'. Dit moet nuttig EN bruikbaar zijn.

Merk op dat ik in het verleden een garagedeuropener heb gemaakt op basis van een Raspberry Pi, een LCD-scherm, een paar schakelaars en een relais. Sommige Python-code lijmt dat aan elkaar. Tot op zekere hoogte ben ik geïnteresseerd om dit samen te voegen in dit instructable om een goede architectuur te hebben. Dat maakt deel uit van "vrouwenacceptatie", domotica moet vanuit één enkele interface worden gedaan.

Stap 3: Uw plaats modelleren

wat theorie

Domotica gaat ervan uit dat een controller alles mag weten. Het zal uw bestellingen ook doorsturen naar het huis.

Apparaten zullen overal verspreid worden. Je kunt beter weten waar je ze wilt hebben.

Zodra we een slimme controller hebben, moet deze kunnen communiceren met de apparaten.

WiFi is de natuurlijke manier om te gaan, ook al is het niet zo gebruikelijk. Er zijn zoveel protocollen dat het moeilijk is om te kiezen.

Vrijwaring

Ja, dit wordt technisch, sorry. Ik wil hoe dan ook echte dingen laten zien, dus we hebben fysieke en softwarecomponenten nodig. Nogmaals, ik vermeld wat ik eigenlijk gebruik. Sorry, er zijn zoveel manieren om dergelijke onderwerpen op te lossen:-O

Dat naar een hoger niveau tillen

Er zijn nu veel manieren om te communiceren tussen "controller" en de verschillende "nodes". Over plannen, definieer alvast hoe dat in uw huis zou moeten werken. Het definiëren van het communicatiemedium zal helpen bepalen waar de controller en apparaten moeten worden geplaatst.

• Verbindingen tussen controller en apparaten: draadloos of bedraad?
• Stroomvoorziening: via een stopcontact, op batterijen of op zonne-energie misschien?
• Case: Is het een test op je bank, alpha hardware waar kabels kunnen rondslingeren of wil je het integreren in meubels/apparatuur?

Zoals hieronder wordt uitgelegd, maken we voor het voorbeeld gebruik van Homie-ESP8266. Dit is een firmware voor ESP8266-controllers die WiFi en MQTT gebruiken. Het wordt als volgt beschreven door de auteur:

"Een exemplaar van een fysiek stuk hardware (een Arduino, een ESP8266 …) wordt een apparaat genoemd. Een apparaat heeft apparaateigenschappen, zoals het huidige lokale IP-adres, het wifi-signaal, enz. Een apparaat kan meerdere knooppunten blootleggen. Voor een weerapparaat kan bijvoorbeeld een temperatuurknooppunt en een vochtigheidsknooppunt blootleggen. Een knooppunt kan meerdere knooppunteigenschappen hebben. Het temperatuurknooppunt kan bijvoorbeeld een eigenschap in graden weergeven die de werkelijke temperatuur bevat, en een eenheidseigenschap. Knooppunteigenschappen kunnen bereiken zijn. Voor Als u bijvoorbeeld een LED-strip heeft, kunt u een knooppunteigenschap led hebben van 1 tot 10, om LED's onafhankelijk aan te sturen. Knooppunteigenschappen kunnen worden ingesteld. U wilt bijvoorbeeld niet dat uw graden-eigenschap instelbaar is in het geval van een temperatuursensor: dit is afhankelijk van de omgeving en het heeft geen zin om deze te veranderen. Bij een thermostaat wil je echter wel dat de eigenschap graden instelbaar is."

Samenvatting

Jij hebt nodig:

• Eén centrale controller die uw domotica-server host. Ik gebruik PiDome op een Raspberry Pi.
• Een of meer apparaten om uw huis te bewaken en ermee te communiceren. Ik gebruik D1 Mini en Homie.
• Een netwerk om dat allemaal met elkaar te verbinden.
• Beslis hoe apparaten van stroom worden voorzien (batterij, adapter, van een hostapparaat…). Voor het testen gebruik ik de USB-poort van de computer (en seriële foutopsporing) of een telefoonoplader.

Stap 9: Over de controller…

Hardware-onderdeel:

We zullen een Raspberry Pi gebruiken om op te treden als onze huisbaas. De RPi zal verantwoordelijk zijn voor:

• De gegevens over het huis bewaren
• De gegevens van de apparaten samenvoegen
• De gegevens presenteren aan de gebruiker
• Bestellingen naar de apparaten verzenden

Vanuit hardware-oogpunt is de RPi alleen voldoende om dat allemaal te doen. Het is bijna op zichzelf staand en loopt vrolijk vanuit je kelder (Hey! Is dat je allereerste thuisdatacenter in de kelder?!:-D).

Pak een bundel (RPi, voeding, SD-kaart…) en je bent klaar.

Opmerking over wifi: het is mogelijk om de RPi via wifi te gebruiken, maar ik vind het veel stabieler om hem op je thuisrouter aan te sluiten met een standaard RJ45-kabel.

Opmerking over RPi Zero: de exacte hardwarekeuze die u moet maken, hangt af van wat u wilt. Een RPi Zero lijkt ook voor deze klus vrijwel net zo goed als een RPi 3 te zijn. De Zero is een stuk goedkoper, maar vereist veel meer kleine onderdelen om de klus te klaren. Het is echter de beste keuze als het gaat om embedded apparaten. De nieuwste Raspberry Pi Zero W komt nu zelfs met WiFi en Bluetooth!

Software onderdeel

Omdat de RPi een computer met één bord is, is hij vrij beperkt in termen van schijf/cpu/ram. Voor dit doel vertrouwen we op lichtgewicht Linux-gecentreerde besturingssystemen. Voor deze taak is Raspbian waarschijnlijk onze beste keuze, omdat het een soort standaardbesturingssysteem is voor een RPi.

Over domotica gesproken, je hebt die extra software nodig om de apparaten te beheren. Mijn keuze is PiDome (download).

Stap 10: Over de apparaten

Hardware-onderdeel:

De volgende stappen zijn afhankelijk van Wemos D1 Mini (of goedkopere klonen:)). Deze microcontrollers zijn gebaseerd op een ESP-8266-module. Dit bundelt op een enkel klein bord (34,2 mm * 25,6 mm): WIFI, CPU, RAM, Flash, digitale pinnen en een analoge pin in een verpakking van 10 gr. Als je meer flashruimte nodig hebt, kijk dan bij Wemos D1 Mini Pro. Je kunt er schilden voor kopen om relais, DHT22, knop, OLED-scherm toe te voegen … Een daarvan is het batterijschild waarmee het apparaat volledig draadloos kan werken.

Het hebben van een paar mini-soldeerloze breadboards en jumperdraden zal helpen om je toekomstbestendige huis te prototypen. Als u op maat gemaakte hoesjes voor uw apparaten wilt, zal kennis over 3D-ontwerp en toegang tot een 3D-printer uw geekness-niveau nog verder verhogen. Maar wat zou domotica kunnen zijn als je geen sensoren, LED's, weerstanden, condensatoren enzovoort krijgt?

Ik heb mijn "kantoorapparaat" in de afbeelding opgenomen, het is een eenvoudig breadboard + D1 Mini + DHT22 + OLED-scherm. De LED en IR spullen zijn momenteel ongebruikt.

Software onderdeel

Omdat de ESP-8266 een vrij veel voorkomende chip is, zul je er genoeg schetsen voor vinden. Ik zal gewoon lui zijn en de uitstekende Homie voor ESP-8266-software van Marvin Roger gebruiken. Dit instructable is echter geen gids voor Homie.

Stap 11: Apparatenbehuizing

Behuizingen gaan over wat je zou verwachten. Ik heb al dingen genoemd als breadboard, karton (zoals mijn Garage Opener alpha-model), up-cycled dozen (mijn Garage Opener in een schroefdoos), projectdozen of 3D-printerbehuizingen. Zoals gewoonlijk is de limiet uw verbeelding.

Houd er rekening mee dat u moet passen in de elektronica die u wilt inzetten. Hoe groter dat ook kan zijn, kleiner betekent een no go.

Als u omgevingsfactoren zoals temperatuur of licht in de gaten houdt, zorg er dan voor dat u deze verstandig plaatst. Een sensor in de volle zon plaatsen is waarschijnlijk wat je tegen (bijna) elke prijs wilt voorkomen. Het plaatsen van een PIR-sensor is hetzelfde verhaal, zorg dat het bereik in orde is en dat het dekt wat je ervan verwacht.

Onderstaande aannames zijn gebaseerd op een stand-alone, batterijgevoede, temperatuur/vochtigheidsmonitor.

Een typisch apparaat zal moeten bundelen:

• Een microcontroller, voor onze voorbeelden is dat een D1 Mini, afmeting: 34,2 mm * 25,6 mm
• Tussen 0 en veel sensoren, laten we een DHT22 nemen: 27 mm x 59 mm x 13,5 mm
• Voeding, de D1 Mini vereist 5V, het gebruik van een Battery Shield ziet eruit als een plan: 34,2 mm * 25,6 mm
• Batterijpakket, voor het batterijscherm bekijken we een 3.7v lithiumbatterijpakket: 40 mm * 25 mm * 6 mm
• Wat ruimte voor draden, schakelaars, LED's … Pak gewoon een paar assortimenten van AliExpress (LED's, jumperdraden, weerstanden).

Nogmaals, kies gewoon de manier waarop u zich prettig voelt.

Opmerking voor mezelf: tijd om wat 3D-ontwerp te leren:-(

Stap 12: Laatste woorden

Toen de tijd aanbrak om dit laatste hoofdstuk te schrijven, vroeg ik me af: "Wat is er bereikt?".

Het antwoord is vrij eenvoudig en volgt het onderwerp: Bespaar uzelf wat tijd en plan dingen. Dit zal het hele project een stuk consistenter maken. Domotica is niet zo eenvoudig als het kopen van een draadloos stopcontact in de plaatselijke winkel. Dit is zoveel meer.

In dit stadium vraag ik me nog steeds af wat de besparingen zijn. Maakt het ons echt uit?

Was dit leerzaam? Heel veel, prestatie behaald!

Controleer mijn andere instructables, ik ben van plan om meer praktische te schrijven. Ik vond het best leuk om de tijd te nemen om dit te schrijven.