Помоги проекту - поделись книгой:
2.1.4. Устройство DSP-W215
Электрическая розетка с интегрированной точкой доступа Wi-Fi модели DSP-W215 также может использоваться для быстрого и удобного подключения датчиков температуры, системы безопасности, датчиков дыма, камер. Настойка и управление осуществляются через веб-интерфейс или специальный клиент для ПК.
На рис. 2.1 представлена блок-схема подключений для управляемых по Wi-Fi розеток.
У устройства BePlug-15 русскоязычное приложение, облако находится в России. Сервисная поддержка в Москве. Исполнительное реле на 17 А. Если вы приобретаете в дальнейшем контроллер BeHome-120, то розетка опционально будет работать с ним офлайн, так как часть облака мы перенесли в BeHome-120. Отличия этого устройства от представленных выше таковы.
При выключении и включении электричества проблем не наблюдается, связь будет восстановлена автоматически. Для розетки требуется минимальная полоса, замечено, что 2 G достаточно. Однако если существует нестабильность в интернет-соединении, то говорить
В случае перебоев с электричеством/Интернетом восстановит ли розетка автоматически связь с роутером после включения питания/ Интернета? Офлайн-управление реализовано в составе с контроллером Behome.
Какой в среднем расход интернет-трафика в сутки? Будет ли работать в сети 3G? Трафик крайне незначительный, сопоставимый с «просмотровым» заходом на любой сайт Интернета с КПК или планшета.
Пользователь программирует расписание включения и выключения устройств. Далее, если вдруг Интернет пропадает, понятно, что управлять нельзя. А работа по заранее составленному расписанию проходить будет? Расписание хранится на сервере, поэтому для розетки BePlug-15 необходимо постоянное подключение к Интернету.
Действительно, включение/выключение возможно по таймеру. А есть ли возможность настройки включения/выключения по времени суток? Розеткой управляет облако (сервер). Соответственно, без доступа к Интернету локальное управление невозможно. В версиях без «облачной схемы» управление не предусмотрено. Надежность облаков с каждой модификацией растет. Почтовые серверы -это тоже облако. Узким местом является сама домашняя сеть Wi-Fi.
Как практически можно пользоваться устройством? В моем хозяйстве необычное применение реализовано для электрического бойлера. Пользуюсь в загородной резиденции, когда уезжаю/приезжаю с выходных или в отпуске. Бывает, что забываю отключить бойлер, а он продолжает греть воду до 90 °С. Сейчас можно отключить-включить удаленно. Реакция розетки на включение-отключение менее секунды. Подобные устройства дистанционного управления (а главное – практика их применения) вполне подробно и хорошо описаны в книге:
Прочтите, и у вас, читатель, отпадут всякие сомнения. Тем не менее в означенной книге речь идет об устройствах, управляемых по GSM – сотовой связи. А с появлением описываемых в данной новой книге устройств управления электрической нагрузкой по Wi-Fi посредством сети Интернет задача решается гораздо проще и даже надежнее. Тем не менее импульс к новым разработкам или инновационному применению промышленных электронных устройств в моем доме был заложен еще 8 лет назад.
Однако и в «новых» промышленных управляемых розетках (любой модификации) есть определенные «минусы». Не в последнюю очередь это цена устройства, которая в розницу сегодня составляет около 1800 рублей. В этой связи есть практическое альтернативное решение -сделать такое устройство своими руками: к примеру, может иметь место такое решение. На шине W1, TWI или RS485 самодельное устройство для тех, у кого не обе руки левые, обойдется в 5 раз дешевле.
2.2. Практические решения для самостоятельного повторения
2.2.1. Интернет в «обычной» розетке для скрытого монтажа
Провести Интернет через розетку позволяет специальное устройство стандарта HomePlug (PowerLine-адаптер, к примеру фирмы Tenda). Необходимо несколько однотипных устройств – по одному на каждый компьютер. Выглядит он как небольшая коробочка с вилкой -наподобие зарядки от мобильного – и имеющая сетевой разъем RJ-45 под витую пару (см. рис. 2.2). Схема работы сети проста.
Несколько HomePlug-адаптеров – столько, сколько нужно прицепить компьютеров. Вставляете в один из них патчкорд, соединяя с роутером, настроенным на интернет-провайдера («PowerLine» означает в переводе «электропроводка»). В соседнем помещении вы вставляете точно такой же PowerLine-адаптер и подключаете его также витой парой к другому компу. Все, Интернет через розетку 220 В проведен. Остальные параметры локальной сети (IP, шлюз и др.) настраиваются так же, как если бы пользователь тянул стандартным способом сетевой кабель.
Как это работает? Стандарт HomePlug, лежащий в основе локальной PowerLine-сети, характеризуется преобразованием поступающих через сетевой порт Ethernet-данных в высокочастотный сигнал, который транслируется через розетку в электрическую сеть. В другой комнате такой же адаптер получает комбинированный сигнал с передаваемыми пакетами данных. Остается только демодули-ровать, распознать высокочастотный сигнал, преобразовывать его и вывести на сетевой Ethernet-порт, откуда он поступает в другой ПК, или по Wi-Fi. Такой тип подключения намного стабильнее, чем при использовании обычного Wi-Fi-повторителя, так как помехи минимальные и качество сигнала почти не падает.
Существуют Powerline-адаптеры с уже встроенным Wi-Fi-моду-лем, то есть, подключив его в розетку, можно вывести Интернет через электрическую розетку не только по кабелю, но и беспроводным способом, а значит, можно будет к нему подключиться с любого устройства, поддерживающего Wi-Fi, без докупки отдельного оборудования для ретрансляции беспроводного сигнала. Адаптеры с уже встроенным Wi-Fi в современных бытовых обстоятельствах никому не покажутся лишними (избыточными). Внешне их можно распознать по наличию характерной антенны, хотя ее может и не быть -надо смотреть описание на коробке или в инструкции (см. рис. 2.3).
К сожалению, у данного метода есть свои недостатки. Во-первых, работающие электроприборы могут создавать значительные помехи, из-за которых будут падать качество связи и скорость. Общая же пропускная способность построенной на HomePlug-адаптерах сети делится между всеми клиентами; чем больше компьютеров, тем ниже скорость и надежность.
Дальность действия сети ограничена 200 м и зависит от качества проводки. Электрическая проводка в старых домах без «свежего» ремонта оставляет желать лучшего. И если электролиния имеет трехфазовую структуру, то для осуществления Интернета через розетку необходимо в распределительный электрощит установить устройство фазового сопряжения. Поэтому необходимо подключать данные устройства в сопряженные, параллельно подключенные розетки. И тем не менее, несмотря на описанные недостатки, попробовать стоит, тем более что настройка этих устройств очень проста и позволит организовать локальную сеть на весьма приличное расстояние. Если при построении локальной сети в частном доме приходится использовать несколько ретрансляторов и антенн для стабилизации Wi-Fi-сигнала или сверлить перекрытия и тянуть десятки метров кабелей, то здесь для расширения достаточно лишь купить дополнительный адаптер. Перспективы технологии PowerLine тоже очень заманчивы: данным способом можно объединить всю бытовую технику в одну умную систему с единым центром управления на персональном компьютере.
Как настроить HomePlug PowerLine-адаптеры? Первый адаптер подключают в электрическую розетку, а патчкордом подключают к роутеру в его порт LAN. Последующие – подключают к другим розеткам и соединяют с персональными компьютерами, которые входят в локальную сеть. После технических этапов соединения кабелей и вставки устройств в розетки находят на их корпусах кнопки «SYNC» или «PAIR». Нажимают их по очереди на всех адаптерах, и таким образом они автоматически вступают в режим «коннекта» и начинают обмениваться информацией.
При успешном подключении друг к другу на корпусе, помимо прочих индикаторов, должен загореться светодиод. Также загорятся индикаторы «Power», «Сеть» и «Wi-Fi» (при наличии беспроводного модуля). Остальные настройки, необходимые для работы пользовательского оборудования в локальной сети, производятся в маршрутизаторах и в самих ПК. Тем не менее необходимо учесть IP-адреса данных адаптеров по умолчанию, чтобы иметь возможность зайти для управления в их панель конфигурации. Эти данные указаны чаще всего на наклейке на корпусе адаптеров. К примеру, PowerLine-адаптеры фирмы D-Link в моем случае имеют IP 192.168.0.222. Соответственно, вся сеть должна иметь такой же вид – у роутера внутренний IP 192.168.0.1, а у остальных компьютеров адреса вида 192.168.0.XXX, где «XXX» – число от 2 до 253.
Если же в вашем конкретном случае работает на маршрутизаторе DHCP-клиент, раздающий IP автоматически, поменяйте адрес роутера (на указанный выше – см. пример). Также актуален вопрос безопасности – ведь, приобретя адаптер этой же фирмы, любой сосед, который каким-то образом связан с вашей пользовательской разводкой электросети, сможет бесплатно пользоваться вашей сетью. Но это не проблема – для обеспечения максимальной защиты можно контролировать подключения сторонних пользователей, для чего существует специальная утилита (ПО, к примеру, от компании TP-Link), с помощью которой можно с одного ПК контролировать все подключенные к «розеткам» устройства.
Работает она так. После установки в главном окне пользователь видит MAC-адрес того адаптера, к которому ПК подключен. Кликаем по его иконке с помощью кнопки Connect. При успешном подключении появится надпись Connected on High Speed и начнется сканирование всей сети, а обнаруженные адаптеры отобразятся в списке ниже.
Обратите внимание на пустое поле пароля (Password). Кликните по строке, нажмите на кнопку Enter Password и задайте вручную уникальный ключ, указанный на наклейке, помещенной на дне корпуса адаптера. Проделываем то же самое со всеми устройствами из списка, после чего переходим на вкладку Privacy – именно тут настраивается безопасность. По умолчанию вся сеть является открытой (потенциальный сосед может ее легко использовать в своих целях). Но пользователь может и для безопасности должен сделать свою сеть приватной. Для этого надо задать свое уникальное название в поле Private Network Name, чтобы активировать протокол шифрования DES. Далее нажимают кнопку Set All Devices, чтобы добавить в нее все имеющиеся в локальной сети компьютеры.
2.2.2. Многофункциональная розетка с дистанционным управлением Wi-Fi своими руками
Обычно в многоквартирных домах реализуется одна и та же схема электропроводки: в домах в одной из комнат розетки объединены в блоки по два двухрозеточных модуля вплотную друг к другу, в двух стандартных пластиковых «подрозетниках» соответственно. Что надо пользователю?
Во-первых, получать команды через Wi-Fi и выдавать соответствующие управляющие сигналы на замыкание контактов. То есть нужен модуль контроллера с Wi-Fi. Поскольку существует плата на AR9331 и ее модификации – см. рис. 2.4, то реализация собственноручного изготовления Wi-Fi-управления не представляет проблемы.
Нам понадобится исполнительный блок – токовый ключ с реле, коммутирующие контакты которого рассчитаны на ток 16 A и напряжение в сети 220-250 В. В этом случае подходит практически любая схема и (или) модуль, готовый к выполнению описанной задачи, то есть управляемый импульсом амплитудой 5-9 В. Один из таких возможных модулей представлен на рис. 2.5.
Сам модуль Wi-Fi придется взять готовый, промышленного изготовления, чтобы сэкономить время и средства. На рис. 2.4 были показаны разные модификации такого модуля. В моем случае применена плата, внешний вид которой представлен на рис. 2.6, а разводка печатной платы – на рис. 2.7.
Питать эти два модуля (Wi-Fi и исполнительного устройства) надо напряжением 5-8 В, для чего вполне подойдет любой маломощный адаптер сетевого питания с соответствующим выходным напряжением.
Габаритные размеры этой платы настолько невелики, что их хорошо иллюстрирует рис. 2.8, на котором плата модуля изображена рядом с картой памяти.
Электрическая схема компактного модуля Wi-Fi в исполнении на плате ESP-01 (и аналогичных) представлена на рис. 2.9. Этот модуль можно универсально применять как в самостоятельных разработках, так и в составе дистанционных Wi-Fi-розеток.
Блок-схема соединений модуля Wi-Fi с основной платой и контроллером представлена на рис. 2.10.
Дополнительно потребуется плата с обвязкой и разъемом RJ-45. Все это после монтажных соединений умещается в «подрозетник» так, что никакие элементы не видны и корпуса для данного самодельного устройства делать не нужно. В доме много приборов, постоянно подключенных к сети 220 В. Все «китайские» (предназначенные для бытового использования) блоки питания пригодны только для работы под постоянным присмотром пользователя. «Подрозетники» маркированы значком «негорючее, 650 градусов».
Светодиод для индикации режима работы розетки (On/Off) -любой. Чтобы светодиод был виден получше, сверлом диаметром 3 мм проделайте небольшое отверстие в розетке. Теперь устройство готово к практическим испытаниям. Когда включается реле (слышен щелчок), светодиод моргает, значит, электричество в розетку подается. Времени на такую сборку уходит не более двух часов. Теперь можно поработать над программным обеспечением (прошивка контроллера). Но это уже тема другой книги.
Как вариант вместо токового транзисторного ключа с исполнительным реле можно применять симистор в цепи переменного тока, включенный в цепь 220 В. Но управление симисторным модулем индуктивной нагрузкой небезупречно и имеет свои особенности, которые и следует учитывать разработчику.
Практические испытания проводились в июле 2015 года. Необходимо отметить помехоустойчивость этой розетки; при подключении к основным контактам (220 В) в розетку электрического фена мощностью 400 Вт сигнал не пропадает. Нагрев элементов устройства незначительный и превышает температуру +30 °С (замерено после 24-часовой эксплуатации в непрерывном режиме).
Можно пойти дальше и оснастить устройство тепловой защитой, которая, полагаю, не будет лишней. К примеру, хоть розетка (устройство) предполагает частое включение-выключение, это со временем приводит к износу контактов реле, которые будут искрить и нагреваться. Для устранения этой возможной неприятности необходимо установить температурный датчик на реле со стороны контактов и в случае нагрева отключать устройство. А можно пойти еще дальше и – при наличии соответствующей платы другого устройства – не только включать и выключать реле посредством Wi-Fi, но и отображать информацию о мощности нагрузки, а заодно и температуру в комнате.
2.3. О чем не говорят громко
Электронная розетка с контроллером внутри может иметь огромные перспективы в плане сбора информации вокруг себя. Освещенность, температура воздуха, наличие движения/присутствия и далее – запись голоса, видео и прочее, прочее, прочее, с возможностью передачи информации куда угодно. Более того, с подобным дистанционным управлением можно сделать и аварию в нужном месте.
По сути, за аббревиатурой IoT скрываются весьма интересные открытия. Эта очень удобная система, получившая название «Интернет вещей» (IoT), отнюдь небезопасна. Уже существуют различные вирусы, в том числе «трояны», для устройств, управляемых через Интернет. К рассматриваемой теме эти сведения имеют прямое отношение, поскольку мы собираемся управлять нагрузкой в электрической цепи именно с помощью Интернета и локальной сети Wi-Fi. Кофеварки, чайники и другое бытовое оборудование, системы, управляемые по Wi-Fi, «родились» не вчера, но и они небезупречны, несмотря на то что с их появлением для пользователей всего мира открыты новые перспективные возможности. Но одновременно с ними появились и причины всерьез опасаться нового витка прогресса. Надо полагать, производители устройств, подпадающих под определение системы управления IoT, не задумывались о безопасности пользователей или же, осознавая возможности несанкционированного управлениями своими «детищами», предлагают их именно как бытовое развлечение, не более того… Действительно, большинство производителей и поставщиков такой техники, как Wi-Fi-устройства управления и, в частности, «интернет-розетки», рассмотренные во второй главе книги, озабочены лишь удобством для пользователей, созданием «электронного комфорта», дружелюбным интерфейсом и скоростью вывода продукта на широкий рынок, то есть собственными доходами небезупречного предприятия.
Давайте задумаемся на минуту как пользователи и потребители этих гаджетов, и мы поймем, что производители торопятся заставить нас как можно скорее купить эти вещи. Но в результате, в соответствии с кратким анализом, предложенным в данной книге, оказывается, что наш дом легко может превратиться в. минное поле. Каждое подобное устройство будет иметь все более сложное программное обеспечение (прошивку, неподконтрольную пользователю) и сетевые права доступа. Уже сегодня нежелательно безусловно доверять радионяням, снабженным двусторонним аудиосопровождением, а также двусторонним видеоканалам, ибо велика вероятность подмены. Можно «взломать» экологически чистые «умные решения» – термостаты для отопления, «умные» светодиодные лампы, что приводит к возможности внешнего (несанкционированного) управления системой освещения. «Умные дверные звонки» и системы видеозаписи в XXI веке также оказались уязвимыми, что составляет счастье и интерес для потенциальных воров с соответствующим образованием.
Самое неприятное и страшное в том, что «Интернет вещей» не ограничен уязвимостями описанного характера: он реально может быть использован против нас – граждан и пользователей, причем оплативших его из своих средств. Некоторые модели телевизоров Samsung могут записывать информацию и передавать ее третьим лицам обо всем, что слышат их микрофоны и, возможно, видят их камеры. К сожалению, то, о чем я сейчас пишу, не химера и не результат паранойи. Не важно, какая именно электронная вещь взламывается. Ею может в конкретном случае стать бытовой холодильник, дверь, автомобиль или медицинское оборудование в клинике. Все эти и многие другие устройства, которыми можно управлять дистанционно, могут быть использованы для упрощения доступа и к другим «интернет-вещам». Еще интереснее соединять полученные обрывки информации для получения целостной картины в формате даже простого анализа того, что творится вокруг. То же касается и рассмотренных в книге устройств.
Такие электронные устройства, использующие систему «Интернета вещей», должны защищаться так же, как персональные компьютеры, телефоны, КПК и планшеты, если не строже. Они не должны хранить пароли в виде простого текста, им нельзя позволять собирать данные о пользователе – в любых целях. Поэтому читатели моей книги и потребители таких устройств – в общем смысле – должны понимать потенциальные опасности Wi-Fi-управления наряду с рекламой производителем их инновационных функциональных признаков.
2.4. Варианты совершенствования системы
Для реализации такой практической идеи используют сеть Pi, на которой будет крутиться веб-сервер, аккумулирующий собранные данные. Управлять несколькими розетками, каждой со своим IP, через веб-сервер не очень удобно. Конечно же, все современные устройства управляются сейчас с мобильных приложений, и никаких проблем с реализацией любого произвольного поведения не существует. Но одно дело – управляться с мобильного приложения, а другое – реализовывать автономную логику, к примеру включение вытяжки в ванной при повышении влажности: для этого нужен стационарный девайс, который будет за всем этим следить. Этим устройством вполне может служить рассмотренный выше модуль на MCU AR9331, и более того, даже самого обычного микроконтроллера хватит.
Практически же на примере рассмотренной в начале 2-й главы Wi-Fi-розетки модели HL0107 основной модуль Wi-Fi признан универсальным устройством. На рис. 2.11 представлен его внешний вид в корпусе розетки SWS-A1 производства Финляндии.
Эта иллюстрация внутренностей устройства. На рис. 2.12 представлен вид SWS-A1.
В этом месте меня могут спросить: не будет ли разумнее отказаться от электромагнитного реле в пользу твердотельного? И не столько из-за расхода электроэнергии на удержание якоря реле, сколько из-за его возможного нагрева. Действительно, твердотельные реле по распиновке и форм-фактору идентичны тому, что стоит на рассмотренной выше плате исполнительного устройства (см. рис. 2.5). А может даже выиграть в габаритах. Но не стоит забывать, что твердотельные реле на большой нагрузке будут греться сильнее, чем реле слаботочное электромагнитное, пока у него не обгорят контакты.
Отсюда – проблема больших нагрузок решается правильным подбором компонентов (как в случае с электромагнитным реле, так и для твердотельных). С десятикратным запасом по мощности, конечно, никто реле ставить не будет, а на крайний случай можно дополнительно предусмотреть автоматическое выключение при превышении определенного тока в управляемой цепи или установить плавкий предохранитель в цепь нагрузки. У электромеханических реле на таких нагрузках неоспоримое преимущество по стоимости решения.
2.5. Практика изготовления антенны для работы в сети Wi-Fi
Обладатели беспроводных устройств на базе технологии Wi-Fi часто сталкиваются с низким уровнем приема сигнала. Нередко проблема уверенного приема возникает в квартире или загородном доме, где на пути распространения Wi-Fi-сигнала встречаются преграды в виде стен или мебели. Чтобы уменьшить количество «мертвых зон», где теряется сигнал, необходимы определенные действия, самое простое из которых – закупить бюджетную Wi-Fi-антенну с относительно высоким коэффициентом усиления (больше, чем у штатной антенны).
Тем не менее простую Wi-Fi-антенну с равномерной зоной направленности для дома можно быстро сделать даже своими руками. Один конец одножильного медного провода диаметром 1-1,5 мм припаиваем к коннектору или сразу к кабелю. Затем надо отмерить первый отрезок в 60 мм и в этом месте сделать петлю диаметром 10 мм; ее удобно сделать на оправке в виде трубки. Затем отмерим второй участок провода длиной 92 мм и сделаем вторую петлю. Всю конструкцию укладываем в ПХВ-трубку, чтобы придать ей законченный и эстетичный вид, радующий глаз. Аккуратно собранная таким образом, антенна в авторском варианте имеет усиление 5-6 dbi, в отличие от штатной, имеющей всего 2 dbi.
Поделиться книгой: