Умная комната, которая помогает в работе

Давно замечено, что биоритмы человека сильно привязаны к свету и солнечному циклу. А сам свет может как помогать в жизни и работе, так и сильно утомлять, если неправильно подобрать источники света: тут важны яркость, цветовая температура, мерцание…
Но сегодня я хочу поговорить не об этом, а о том как мой умный дом помог выстроить комфортный режим работы и сна. И работать мы будем со светом всеми возможными способами.
Управлять домом можно по заданному алгоритму, с компьютера или смартфона — таковы были мои требования к этой технике.




После общения с читателями, мне рекомендовали обратить внимание на контроллер Mi Casa Verde Vera 3, ибо «Fibaro — это айфон среди контроллеров, а Vera — это андроид. Ты же не хочешь, чтобы у тебя губы в трубочку свернулись?». Конечно, для меня это не было аргументом, но хотелось попробовать чего-то нового. Кроме того, заинтересовало какое-то огромное количество плагинов под этот контроллер, которые мне, в итоге, пригодились. Но не буду забегать вперед.

Задача
Окна моей комнаты выходят на юго-восточную сторону. А значит, достаточно быстро после рассвета первые лучи уже проникают в помещение. А последние лучи солнца исчезают после 18 часов. Иногда плотный рабочий график и увлеченность своим делом не дают возможности оторваться от компьютера и включить свет после заката — приходится идти к выключателю света только при свете монитора. Случается и обратная ситуация, когда количество света в комнате таково, что приходится частично задергивать штору, чтобы не слепнуть и сохранить комфорт для глаз. Так и родилась задача: В комнате должен поддерживаться заданный комфортный уровень яркости автоматически.

Способы решения
Любую задачу следует разбивать на подзадачи до тех пор, пока не появится самого простого и эффективного решения.
Поэтому я начал искать пути решения. Первым и самым простым было пошаговое открытие и закрытие шторы, в зависимости от времени суток. И даже подобные плагины уже существуют. Но ведь нет никакой обратной связи и штора будет прикрыта, даже когда за окном будет буря и свинцовые тучи, а при сбившемся местоположении на половину земного шара, мои шторы начнут открываться ночью. Меня это не устроило, поэтому я пошел своим путем.

Задачу разбил на следующие этапы.
Если время дневное, то есть с 9 до 19:
1. Отслеживаем уровень яркости в помещении при помощи мультисенсора
2. Если уровень яркости превышает комфортный, частично задергиваем штору.
3. Если уровень яркости ниже комфортного, частично приоткрываем штору
4. Возвращаемся к пункту 1

Если время ночное:
1. Задергиваем полностью штору
2. Изменяем яркость искусственного освещения дискретно
3. Отслеживаем уровень яркости в помещении при помощи мультисенсора
4.1. Если уровень яркости ниже комфортного, увеличиваем на 20%
4.2. Если уровень яркости выше комфортного, уменьшаем на 20%

Для того, чтобы штора не дергалась туда-сюда при набежавших тучах или яркой вспышке, задаем дельту времени и яркости, при которых никаких действий производиться не будет.
В своих экспериментах я задействовал 5 устройств умного дома, работающих по технологии Z-wave. Предупреждаю, что данный материал является не рекламой, а инструкцией к запуску системы, поэтому я даю ссылки на задействованные мной устройства.

Устройства
1. Контроллер Z-Wave Mi Casa Verde Vera 3
2. Мультисенсор AEOTEC 4 В 1
3. Встраиваемый диммер Z-Wave.Me Dimmer
4. Встраиваемый двойной выключатель Z-Wave Fibaro Double Relay Switch 2x1.5kW
5. Микромотор с редуктором
6. 4 канальное реле для Arduino

Этап 1
Как я уже писал, работу я разделил на 2 этапа. Первый — это автоматическая работа освещения в вечернее время. Если света не хватает, тогда на основании данных, полученных с датчика освещения, контроллер увеличивает яркость освещения при помощи диммера. Так как основной свет у меня реализуется светодиодными лентами, то диммер работает только со вспомогательными галогенными лампами. Работает это так: датчик освещенности отправляет данные каждые 10 секунд контроллеру, а проверка на освещенность происходит каждые 20 секунд. Сделано это для того, чтобы случайная вспышка не выключила весь свет. Сам диммер монтируется элементарно. При правильно прокладке электропроводки у вас должна разрываться фаза, а к лампам подаваться ноль. Диммер вставляется в разрыв проводов и легко прописывается в контроллере. У меня установлены две линии светильников, но так как диммер позволяет плавно регулировать освещенность, то они были задействованы обе. Вся работа свелась к определению фазного провода и работе отверткой в течении двух минут: первая ушла на снятие старого выключателя, а вторая-на подключение диммера.



Этап 2
Второй этап — это работа с дневным светом. Когда свет слишком яркий, появляются блики и это сильно мешает. Поэтому было решено также автоматизировать задергивание шторы. С механикой начались самые большие проблемы, потому что я сначала взял скоростной, но маломощный двигатель, который не смог провернуть ролик. Потом я поменял двигатель на компактный, но с большим усилием за счет использования редуктора. Его мощность и скорость меня вполне устраивали. Доделки свелись к тому, что к первому кольцу шторы была закреплена нить, а двигатель крутил эту нить вперед и назад. Изначально планировалось поставить концевые датчики, чтобы отслеживать крайние положения шторы, но опыт показал, что натяжение нити таково, что в крайних точках ролик двигателя проскальзывает и ничего не рвет. А при обычной работе ролик имеет хорошее сцепление с нитью, которое обеспечивается дополнительным натяжным роликом. Выглядит это так:



Узнав общее время работы двигателя при перемещении из одного крайнего положения в другое, я просто разделил время на 4 и задал в настройках изменение положения шторы временем работы двигателя в том или ином направлении. Двигатель постоянного тока имеет реверс при изменении полярности и тут я столкнулся с задачей смены полярности. Простым решением было бы применение трехпозиционного реле, но найти его оказалось непросто. На помощь пришел старый опыт и немного хитрости.
Я взял стандартное двухпозиционное реле в количестве 4 штук, попарно их связал для синхронного включения и выключения. А управлял ими с помощью реле Z-Wave. Схема выглядит следующим образом:



Из схемы видно, что если одновременно замкнуть контакты 1 и 3, то двигатель начнет вращаться в одну сторону, а если 2 и 4, то двигатель получит другую полярность и начнет вращаться в противоположную сторону. Чтобы избежать путаницы и замыкать реле попарно, да еще при помощи контроллера, я задействовал двухканальное реле Fibaro Z-Wave. Для правильно работы достаточно подать на контакты in1 и in3 +5 В, или это же напряжение на воды реле in2 и in4. Само устройство Z-Wave наделено двумя реле, но они работают с одной входной шиной. Это следует учитывать, если вы захотите использовать подобное реле как два разных, к примеру, работая с переменным и постоянным током. В итоге, получили следующую схему управления из контроллера умного дома 4 реле попарно.



Для питания этой схемы потребовалось 5В постоянного тока и 220В переменного. Переменным током запитывается реле Z-Wave, а постоянным током питаются рее ардуины и электромотор. Для работы всей системы мне хватило старого адаптера от какого-то электроприбора на 5В и 1А.

А теперь посмотрим, как это работает в реальности



Собрав все воедино, получаем алгоритм, который работает по времени. В меню также был добавлен виртуальный выключатель, который позволяет запускать или останавливать режим отслеживания освещенности. Измерения освещенности проводились как при помощи мультисенсора, так и контрольным люксметром. Надо сказать, что их показания с увеличением освещенности расходились. Полагаю, что это происходило из-за того, что колпак мультисенсора сделан таким образом, чтобы собирать свет со всей сферы, а сенсор люксметра дает показания с плоскости своего датчика.



Заключение

В процессе создания автоматического освещения ко мне подходили и спрашивали: «Оно того стоит?». Но после первого проекта с оповещением, о котором я писал в начале статьи, я понял, что пределу совершенства нет. Дело даже не в том, что есть возможность почувствовать новые технологии или управлять светом, не вставая со стула. Умный дом — это совершенно иное состояние ДОМА. Как объяснить то, что в котельную за всю зиму я заглянул 4 раза, просто регулируя температуру котла в зависимости от «сезона»? При этом сам котел работал в часы наименьшей стоимости электроэнергии (двухтарифный счетчик). Или как оценить комфорт от проживания в доме, где всегда свежо, а система вентиляции работает тихо и автономно, сама включается и отключается?
Вся жизнь умного дома состоит из мелочей, которые, в принципе, можно сделать и самому, но осознание того, что ты придешь в дом и будешь уверен, что все системы функционируют должным образом — вот тут действительно понимаешь, что «Оно того стоит!».