Verwenden von Raspberry Pi für die Heimautomation

Vor ungefähr zwei Jahren brachte die Raspberry Pi Foundation ein ziemlich interessantes Gerät auf den Markt - einen Einplatinencomputer, dessen Größe etwas größer ist als eine Bankplastikkarte zu einem sehr attraktiven Preis. Die Neuheit gewann sofort immense Popularität, die Vorbestellungsreihe erstreckte sich über mehrere Monate.

Raspberry Pi wurde in zwei Ausstattungsvarianten präsentiert: Modell „A“ und Modell „B“. Beide Versionen sind mit einem Broadcom BCM2835 ARM11-Prozessor mit einer Taktfrequenz von 700 MHz und einem 256 MB / 512 MB RAM-Modul ausgestattet. Modell "A" ist mit einem USB 2.0-Anschluss ausgestattet, Modell "B" - mit zwei. Modell „B“ verfügt über einen Ethernet-Anschluss. Der BCM2835-Prozessor enthält auch einen Grafikkern. Die Videoausgabe erfolgt über einen Composite-Cinch-Anschluss oder über eine digitale HDMI-Schnittstelle.

Das Dateisystem, das Kernel-Image und die Benutzerdateien befinden sich auf einer SD-, MMC- oder SDIO-Speicherkarte. Das attraktivste Merkmal des Raspberry Pi ist sein geringer Stromverbrauch (5 V / 700 mA), das Vorhandensein von GPIO-E / A-Ports mit I2C-, SPI- und UART-Schnittstellen sowie die Möglichkeit, remote über Ethernet zu arbeiten.

Derzeit ist nur das Modell „B“ mit 512 MB RAM und Ethernet-Unterstützung verfügbar. Darüber hinaus wurde eine neue Version zum Verkauf angeboten, die sich vom Vorgängermodell „B“ durch eine kompaktere Anordnung der Komponenten, das Vorhandensein von 4 USB-Anschlüssen, eine Erhöhung der Anzahl der GPIO-E / A-Anschlüsse und das Fehlen eines Composite-Video-Ausgangs unterscheidet. Das Erscheinungsbild des Modells "B" und des neuen Modells des Raspberry Pi-Computers ist in Abb. 1 dargestellt. 1

Abb. 1

Warum kann ich ein solches Gerät verwenden? Zuallererst sollte angemerkt werden, dass der Raspberry Pi zwar nicht sehr leistungsfähig ist, aber gleichzeitig ein vollwertiger Computer. Durch Anschließen eines Monitors, einer Tastatur und einer Maus und die Installation eines beliebigen Distributionskits des Linux-Betriebssystems kann es als Desktop-Computer zum Lösen von Aufgaben verwendet werden, für die keine leistungsstarken Computerressourcen erforderlich sind.

Raspberry Pi eignet sich gut als Heimmedienserver, Speicherserver, Gehirn eines Roboters oder einer Maschine, Heimautomationsserver (oder das sogenannte "Smart Home").

Das Aussehen des Raspberry Pi sorgte sofort für Aufsehen um dieses Gerät. Als sich die Leidenschaften etwas beruhigten und er zu angemessenen Kosten zum freien Verkauf erschien, beschloss ich, diesen Minicomputer besser kennenzulernen. Für mich war der Raspberry Pi vor allem im Hinblick auf die Verwendung in einem Hausautomationssystem von Interesse, dessen Idee lange Zeit "reif" war und eine praktische Umsetzung erforderte.

Ich verwende den Begriff „Hausautomation“, weil ich den Ausdruck „Smart Home“ nicht mag. Nein, an dem Begriff „Smart Home“ ist nichts auszusetzen, aber in letzter Zeit war dieses Konzept sehr pervers.

Ein Smart Home ist ein komplexes „Mehrkreis“ -System, das neben der Ausführung verschiedener vom Benutzer festgelegter Szenarien je nach Notfallsituation verschiedene Entscheidungen treffen kann. Mit anderen Worten, es ist ein „denkendes“ System (natürlich auf Maschinenebene). Und in letzter Zeit habe ich alles "Smart Home" genannt - zum Beispiel: GSM-Alarm, Wasserlecksensor, Lichtsteuerung durch Bewegungssensoren usw. Ja, dies sind alles separate Komponenten eines Smart Homes, aber kein Smart Home als Ganzes.

Wir werden also die Struktur des Aufbaus eines Hausautomationssystems mit Raspberry Pi betrachten (Abb. 2).

Abb. 2Aufbau eines Hausautomationssystems mit Raspberry Pi (zum Vergrößern auf das Bild klicken)

Das Hausautomationssystem besteht aus einem zentralen Server, der über eine RS485-Schnittstelle mit in jedem Raum installierten Steuerungen verbunden ist. An die Steuerungen sind wiederum verschiedene Steuerungs-, Überwachungs-, Regelungs- und Schutzgeräte angeschlossen.

Der Vorteil einer solchen Netzwerkarchitektur besteht darin, dass die Kabel nicht von jedem Gerät zum Server gezogen werden müssen, sondern die Controller, an die sie angeschlossen sind, mit einem UTP-Kabel verbunden werden müssen - ein Kabelpaar wird für die RS485-Schnittstelle verwendet, und die verbleibenden Paare werden zur Stromversorgung der Controller und verwendet Sensoren. Darüber hinaus ist die Arbeitslogik so konzipiert, dass der Ausfall eines Controllers oder sogar eines zentralen Servers die Leistung des restlichen Systems nicht beeinträchtigt.

Raspberry Pi wird als zentraler Server des Hausautomationssystems verwendet. Es ist ein Webserver installiert, über den der Benutzer von jedem Kommunikationsgerät (Smartphone, Laptop, Tablet) über den Browser Informationen über alle im Haus ablaufenden Prozesse erhalten und diese entsprechend verwalten kann. Der Zugriff auf den Webserver durch Eingabe des Logins und des Passworts kann sowohl über das lokale Heimnetzwerk als auch über das Internet über einen WLAN-Router erfolgen.

Die serielle Schnittstelle UART Raspberry Pi über ein passendes Gerät über die RS485-Schnittstelle verbindet Controller mit einem anderen Satz von Ein- / Ausgängen. Darüber hinaus kann ein GSM-Modem an RS485 angeschlossen werden, um über ein Mobilfunk- oder Festnetztelefonnetz auf das System zuzugreifen, falls an dem Ort, an dem sich der Benutzer befindet, kein Internetzugang möglich ist. Der Zugriff auf das System erfolgt in diesem Fall auch durch Eingabe eines Passworts.

Ein weiteres Gerät im RS485-Netzwerk ist ein Funkmodul. Ziel ist es, sich an das allgemeine Automatisierungssystem aller Funksensoren und Funkfernbedienungen zu binden.

Derzeit wurde die erste Version des Hausautomationssystems mit dem Raspberry Pi entwickelt. Zusätzlich zum zentralen Server enthält er verschiedene Arten von Controllern mit einer RS485-Schnittstelle für die Kommunikation mit dem Server:

• Achtkanaliger Temperatur- und Feuchtigkeitsregler. Mit dem Controller können Sie Temperatur- und Feuchtigkeitsmesswerte von einem DHT22-Sensor und sieben DHT11-Sensoren erfassen.

• Vierkanal-Temperaturregler (Thermostat). Die Steuerung kann 4 Lasten sowohl im manuellen Modus als auch gemäß den eingestellten Temperaturparametern steuern. Die Eingabe von Temperaturwerten ist entweder direkt am Controller oder remote über das Webinterface möglich. Mit den Modi der direkten und umgekehrten Kanalsteuerung können Sie den Regler sowohl für die Heiz- als auch für die Kühlsteuerung verwenden.

• Das Funkmodul wird verwendet, um Fernbedienungen zu emulieren und Informationen von Funksensoren zu sammeln. Ermöglicht die Emulation von bis zu 5 Fernbedienungen und den Empfang von Daten von 10 Funksensoren.

• Universalsteuerung. Es verfügt über 4 unabhängige Ein- und Ausgänge sowie zwei Eingänge zum Anschluss der Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren DHT11 und DHT22.

Dort finden Sie auch Links zur Beschreibung der Softwareinstallation für den Raspberry Pi sowie zu Materialien, die die oben beschriebene Fertigungstechnologie der Steuerungen beschreiben. Ich möchte darauf hinweisen, dass dieses Projekt völlig gemeinnützig ist, mit Open Source für Schaltungs- und Softwarelösungen und mit technischer Unterstützung im Forum.

Mikhail Tikhonchuk

31.10.2014

Siehe auch zu diesem Thema:Unterschiede zwischen Orange Pi und Raspberry Pi Boards, was zu kaufen?