Проекты на основе Raspberry Pi (Распберри Пи): как сделать умный дом, сферы применения в быту

Благодаря широкому ассортименту дополнительных модулей миниатюрный компьютер Raspberry Pi наилучшим образом подходит для любителей сборки недорогих систем умного дома (Smart Home) своими руками.

В качестве операционной системы можно использовать Raspbian, основанную на ядре Linux, вместе с такими расширениями, как Pimatic. Еще проще собрать «умный дом» можно с помощью комплексных программно-аппаратных решений на «открытой платформе», например openHAB, Fhem, SHC (SmartHome Control) или wiButler.

Модули Smart Home для Raspberry Pi

Построение системы «умный дом» на Raspberry Pi имеет смысл только тогда, когда с ее помощью можно управлять различными устройствами, а для этого необходимы соответствующие модули.

Так как Raspberry Pi — это популярный продукт для любителей мастерить, в продаже имеется огромный выбор модулей для Smart Home. Мы покажем вам некоторые из самых интересных.

433 МГц — приемник и передатчик для Raspberry Pi

Частота 433 МГц часто используется в компонентах доступных систем Smart Home, например, переключателях и термостатах радиаторов отопления, которые можно найти в строительных магазинах.

433 МГц: дешевые приемник и передатчик

Такие передатчики и приемники идеально подходят для установки в систему «умный дом», построенную на Raspberry Pi. Бандл из этих двух модулей можно легко приобрести примерно за 600 рублей.

Модуль камеры для Raspberry Pi

Камера: снимает в разрешении Full-HD

С подключенным модулем камеры Raspberry Pi можно использовать в качестве системы видеонаблюдения.

Камера совместима с операционной системой Raspbian, она способна записывать видео в разрешении Full HD и делать 5-мегапиксельные фотографии.

Этот модуль доступен как с инфракрасным фильтром, так и без него по цене от 2019 рублей.

Датчик движения для Raspberry Pi

Модуль для Raspberry Pi: измеряет температуру и влажность воздуха.

Если вы хотите, чтобы лампы освещения и другие электронные устройства (например, камера) включалось при появлении движения в какой-то области вашего дома, понадобится датчик движения, подключенный к системе умного дома.

Особенно привлекательным по цене является упаковка из пяти «пироэлектрических инфракрасных PIR датчиков движения».

Этот пакет вы можете приобрести всего за 480 рублей.

Датчик влажности и температуры воздуха для Raspberry Pi

Функционал метеостанции относится к базовому для Smart Home. Получать и обрабатывать метеоданные с помощью Raspberry Pi очень легко. Вам понадобится всего лишь один дешевый датчик, который вы подключите к мини-компьютеру: идеально подойдет DHT11, который стоит менее чем 600 рублей.

Модуль Enocean для Rapsberry Pi

Enocean — это беспроводная технология, которая обходится без источника питания. Суть вот в чем: энергия, необходимая для совершения того или иного действия, возникает из-за изменения состояния (нажатие на кнопку, разница температур, появление солнечного света, дуновение ветра и т. д.).

Соответственно, часто сопутствующими модулями являются переключатели или датчики температуры.

Чтобы управлять устройствами с помощью технологии Enocean через Rapsberry Pi, вам понадобится подходящий модуль, приобрести который можно всего за 2019 рублей.

Пожарная сигнализация для Raspberry Pi

Часто система умного дома используется для повышения уровня домашнего комфорта, но одной из важных функций может стать и защита жилища. Помимо охранной сигнализации и камер видеонаблюдения можно установить датчики дыма и протечки воды.

С помощью датчика дыма, который стоит всего 500 рублей, вы построите собственную пожарную сигнализацию. Однако при конструировании такой важной охранной части «умного дома» вы должны дважды проверять надежность работы системы.

Модуль Homematic для Rapsberry Pi

Homematic является одной из самых популярных систем Smart Home в Европе. Для взаимодействия всех ее компонент, как правило, необходим центральный модуль управления CCU2 (MATIC Home Gateway).

Теперь вы можете соединить соответствующий модуль беспроводной связи с Raspberry. Один из таких, от компании ELV, стоит около 2019 рублей.

С представленными в этой статье модулями вы сможете построить весьма многофункциональную систему Smart Home. Однако, для Rapsberry Pi существуют еще множество других модулей, например, для работы с беспроводными стандартами Z-Wave и Zigbee.

Фото: компании-производители, CHIP.de

«Умный дом» – это высокотехнологичная интеллектуальная система на базе одноплатного микрокомпьютера, берущая на себя управление всеми коммуникациями дома, квартиры.

Система программируется и настраивается владельцем жилища под свои нужды и в соответствии с его представлением о функциональности.

Система «Умный дом» на базе Raspberry Pi 3 хороша тем, что стоимость ее невелика, а функциональность можно наращивать постепенно.

Платформа Raspberry Pi 3 – главные особенности

В феврале 2019 компания Raspberry Pi выпустила в широкую продажу новую версию микрокомпьютера Raspberry Pi 3, модель «В».

Модель сразу же получила широкую популярность среди пользователей, о чем говорит все возрастающий объем ее продаж.

Структурная схема системы «Умный Дом» на базе Raspberry Pi 3

Построенный на базе Raspberry Pi 3 «Умный дом» позволяет не только взять под контроль и управление практически все коммуникации жилища, но и произвольно наращивать функциональность в процессе эксплуатации.

Основные характеристики Raspberry Pi 3

Новый микрокомпьютер получил:

  1. процессор ARM Cortex-A53;
  2. оперативную память в один гигабайт;
  3. встроенные WiFi и Bluetooth 4.1;
  4. полную совместимость с предыдущими моделями.

Процессор имеет четыре ядра, разрядность 64 бита, частоту 1.2 ГГц, что в 10 раз превышает производительность первой модели.

WiFi стандарта 802.11b/g/n с возможностью передачи данных со скоростью до 600 Мб/сек на частоте 5.0 ГГц.

По заказу «Raspberry Pi» компания «Broadcom» разработала и выпустила новый монокристалл BCM2837 с архитектурой, аналогичной кристаллам BCM2835 и BCM2836, что обеспечило совместимость с предыдущими моделями.

Одноплатные компьютеры Raspberry Pi 3 и Arduino – главные отличия

Сравнение этих платформ не совсем корректно. Прежде всего потому, что Raspberry Pi 3 по своему наполнению является компьютером с полным набором функций, а Arduino отнести к классу компьютеров достаточно проблематично.

Raspberry Pi 3 оснащен мощным четырёхъядерным процессором, частота которого в 40 раз выше тактовой частоты Arduino. Оперативная память Raspberry Pi 3 имеет емкость, в 128000 раз превышающую емкость оперативной памяти Arduino.

Отличие электронной платы Raspberry Pi 3 от Arduino

Но эти показатели говорят не о том, что Raspberry Pi 3 превосходит Arduino, а о том, что эти устройства предназначены для решения разных задач.

Задачи, решаемые Raspberry Pi 3 с помощью ПО, не под силу решать простому Arduino. Но он превосходно справляется с задачами сугубо аппаратных проектов, со считыванием и обработкой аналоговых сигналов.

Обработка аналоговых сигналов ведется в реальном масштабе времени, причем эти сигналы могут поступать с датчиков и чипов любых типов и производителей. Для того, чтобы Raspberry Pi 3 мог так же обрабатывать аналоговые сигналы, ему нужны дополнительные аппаратные средства.

Реализация проекта «Умный дом» на базе Raspberry Pi 3

Для тех, кто решил создать Raspberry Pi 3 «Умный дом» своими руками, вначале следует определиться, какие функции будут реализовываться, как они будут включаться в рабочую конфигурацию. И, в соответствии с этим, комплектовать будущую систему необходимыми устройствами.

Периферийные устройства «умного дома»

Для реализации проекта Raspberry Pi 3 «Умный дом» понадобятся такие модули:

  • модуль видеокамеры;
  • модуль поддержки беспроводной связи;
  • датчик движения;
  • датчик измерения влажности и температуры;
  • датчик задымленности;
  • датчик протечки воды.

Кроме этого, для системы Raspberry Pi 3 «Умный дом» потребуются карта памяти MicroSD емкостью 32 ГГб, блок питания, пятивольтовое реле.

Подключение видеокамеры к плате Raspberry Pi 3

Одним из важнейших дополнительных устройств для реализации проекта Raspberry «Умный дом» является модуль NodeMCU ESP-12E с радиоинтерфейсом Wi-Fi и интегрированной в плату модуля микрополосковой антенной.

Операционные системы

Как и любой компьютер, Raspberry Pi 3 без программного обеспечения представляет собой просто бесполезный набор электронных элементов.

Чтобы этот набор превратить в инструмент, реализующий свои функциональные возможности, в него нужно «вдохнуть жизнь», то есть наполнить его соответствующим программным обеспечением.

Этот процесс выполняется в несколько этапов. Вначале необходимо выбрать и загрузить для Raspberry Pi 3 «Умный дом» iOS – мобильную операционную систему.

В качестве носителя для ОС и размещения на нем программ в Raspberry Pi 3 используется микрокарта памяти SD. Для установки ОС можно выбрать один из трех способов:

  1. купить SD-карту, на которую уже была предварительно установлена ОС;
  2. загрузить на карту памяти NOOBS (New Out Of the Box Software) – установщик ОС, и затем устанавливать ОС прямо с карты;
  3. монтировать образ ОС прямо на карту SD.

Для системы Raspberry «Умный дом» разработано более 40 различных ОС. Чаще всего используются ОС Raspbian OS, Ubuntu Mate, Windows 10 IoT, RICS OS.

Наиболее адаптированной под аппаратные средства Raspberry Pi 3 явл

Установка операционной системы Raspbian OS для Raspberry Pi 3

яется операционная система Raspbian OS, устанавливаемая с загруженного на SD-карту установщика NOOBS.

Установка операционной системы

Перед тем, как начать работать с микрокомпьютером, следует подготовить необходимые приборы и аксессуары.

Для самого первого запуска понадобятся:

  • микрокарта SD, емкостью не менее четырех гигабайт (предпочтительно 32 гигабайта);
  • блок питания на пять вольт;
  • кабель с разъемами HDMI;
  • монитор с HDMI-подключением;
  • клавиатура и мышь с USB-подключением;
  • компьютер с разъемом для SD-карты;
  • подключение к интернету – Ethernet.

Следующие действия таковы:

  1. форматирование SD-карты;
  2. скачивание архива установщика NOOBS и распаковка его в корневую директорию SD-карты;
  3. карта вставляется в слот микрокомпьютера, подключаются все устройства, включается блок питания;
  4. при первом запуске из списка выбирается нужная ОС и запускается ее установка;
  5. по завершении установки установить и настроить программы Raspberry Pi 3 «Умный дом».

Установка сервера Homebridge и настройка модулей

Система «Умный дом» работает с технологией Home Kit, объединяющей все устройства «умного дома» в одном приложении, и воспринимающей голосовые команды, поданные на русском языке. Но таких устройств, особенно «понимающих» русский язык, не так уж и много, к тому же, они очень дорогие.

Сервер Homebridge выполняет роль своеобразного мостика между всеми устройствами дома и Home Kit. Этот сервер эмулирует Home Kit API.

Серверу доступны сотни самых различных плагинов, благодаря которым стало возможным осуществлять управление всеми домашними устройствами, которые даже конструктивно не предназначены для работы с Home Kit. Главное преимущество Homebridge то, что он может работать на любом компьютере, в том числе и на Raspberry Pi 3.

Установка сервера Homebridge

При подключении нового модуля следует обновить программное обеспечение, поскольку от момента приобретения модуля до включения его в рабочую конфигурацию могут быть обновлены драйверы, и на старых версиях модуль может не работать.

После обновления, в списке предлагаемых модулей найти нужный и добавить его в рабочую конфигурацию. На физическом уровне соблюдать рекомендуемые меры предосторожности (например, снимать с себя статическое электричество).

Заключение

Система «Умный дом» на базе Raspberry Pi 3, созданная своими руками, обойдется в разы дешевле аналогичной готовой системы, а функциональность ее можно наращивать практически неограниченно.

Видео: Raspberry Pi Model 3 B — устанавливаем систему управления умным домом Domoticz

Умный дом на Raspberry Pi своими руками

1.4

(28%)

10

votes

Сейчас невозможно игнорировать нововведения и современные технологии, прочно укоренившиеся в нашей жизни: мобильную связь, интернет, компьютерные приборы и дома, в которых каждый бытовой процесс контролируется с планшета или телефона. Такие дома называют «Умными домами». Это жилища, в котором вы сможете контролировать всё: от включения света или отопления щелчком пальцев до активации систем имитации присутствия, которые будут помогать держать ваш дом в безопасности, пока в нём никого нет.

Такие жилища основываются на датчиках и контроллерах, которые реагируют на тепловую энергию, шум и движения. Простейшие из таких датчиков мы можете увидеть в крупных торговых центрах, в которых двери открываются автоматически, как только вы к ним подходите. Не можете поверить, что такая система может быть неотъемлемой частью вашей жизни? Придется.

Если вы хотите минимизировать прилагаемые усилия при выполнении бытовых занятий, таких как стирка, готовка или уборка, проект «Умный дом» просто создан для вас.

Проект «Умный дом»

Концепция работы «Умного дома»

Конечно, для каждого автоматизированного и автоматического оборудования должна быть программа. Именно от неё будет зависеть успешность вашего «Умного дома». Такие программы адаптации оборудования требуют некоторых знаний и опыта в сферах программирования и электроники. Однако если вы новичок в этом, малознакомы с программированием и не обладаете необходимым опытом работы с электроникой, мы рекомендуем вам использовать программы, максимально адаптированные для начинающих пользователей.

Создание «Умного дома» без собственных усилий подразумевает собой крупные вложения средств, которые на данный момент может позволить себе далеко не каждый. Но если понять концепцию работы устройств, можно с лёгкостью собрать такой своими руками.

Во время выбора нужно грамотно рассчитать стоимость каждой покупки, чтобы минимизировать количество потраченных средств. Собственноручно собирая «Умный дом», важно получить максимальное качество по минимальной цене.

Raspberry Pi или автоматизация «Умного дома»

Raspberry Pi — компания, создавшая миникомпьютер Raspberry. Это устройство максимально упрощает автоматизацию «Умного дома» и обладает крайне привлекательной ценой по сравнению с конкурентами, имеющими менее качественное оборудование.

Изначально было придумано 2 комплектации мини-компьютера Raspberry Pi:

  • модель А;
  • модель В.

Внешний вид Raspberry Pi model B (с установленной flash-картой)

В каких случаях вы чаще всего покупаете новый телефон?

Сразу, как только выходит новая модель 34 ( 1.59 % )

Когда текущиая модель совсем устареет морально и физически 558 ( 26.06 % )

Только когда старый сломается/потеряется 2019 ( 56.33 % )

Когда выходит модель, которая уже значительно отличается от моей по функциям 289 ( 13.5 % )

Другое 54 ( 2.52 % )

Обе версии работают на основе процессора ARM11 с тактовой частотой 700 МГц, но имеют различную память. Как правило, модель B обладает количеством оперативной памяти, в 2 раза превышающей модель А. Следовательно, А — 256 Мб, а В — 512 Мб. Поэтому модель А не была снята с международного производства, так как обладала ещё одним весомым преимуществом. В ней присутствовала поддержка порта Ethernet, позволяющая выход в интернет. Также компания Raspberry Pi не остановилась на достигнутом и позже выпустила обновлённую версию модели В. Улучшенный вариант обладал более компактным дизайном, а также включал в себя 4 USB-порта, что в 2 раза превышает их количество в предшествующей модели.

Данный девайс прекрасно найдёт себя в вашей разработке проекта «Умный дом». За относительно невысокую стоимость этот компьютер Raspberry Pi может выполнять самые разнообразные задачи, связанные с автоматизацией проекта «Умный дом».

Мини-компьютер Raspberry может управлять оборудованием Z-Wave, которое облегчит автоматизацию вашего дома или квартиры. С помощью платы RaZberry от фирмы Z-Wave ваш мини-компьютер воистину станет мозгом для всей вашей системы. Z-Wave являет собой стандарт беспроводной автоматизации. Он не требует проведения дополнительных проводов или ремонтных работ, что в лучшую сторону сказывается на экономике вашего проекта. Также Wave невероятно прост в установке. Это позволяет самостоятельно справиться с задачей даже новичку в сфере электроники. Появилась нехватка производительности? Не беспокойтесь, производительность Z-Wave можно наращивать благодаря установке дополнительных устройств, как и в обычном компьютере. Смена комплектующих или их апгрейд послужит улучшению работы устройства. Также Wave регулярно проводит доступные тренинги и обучения для опытных монтажников по темам установки и адаптации под определённые системы Z-Wave.

Контроллер Z-Wave Fibaro Home Center 2

Если вы не уверены в своих возможностях, или же вам не хватает опыта, компания Z-Wave готова предоставить полный спектр услуг по установке, либо же настройке оборудования Z-Wave по всей территории России. Также вы всегда можете воспользоваться их доступной базой знаний или задать интересующие вас вопросы на сайте технической поддержки.

Также с помощью системы Raspberry Pi вы можете соорудить из обычной веб-камеры и одноплатного компьютера собственную настоящую систему видеонаблюдения и наблюдать за любым объектом через интернет, где бы ни находилась ваша камера.

При этом вам не обязательно просматривать или проверять видеонаблюдение ежеминутно. По окончании рабочего дня вы можете спокойно просмотреть основные события, произошедшие за день и увиденные вашей камерой.

С помощью системы Raspberry Pi и веб-камеры можно вести видеонаблюдение

«Умный дом» является сложной системой, которая, помимо выполнения указаний, заданных вами в программе, может выполнять действия, полностью опираясь на оригинальность той или иной ситуации. В ином понимании это «умная» система, способная самостоятельно найти выход из ситуаций, основываясь на происходящем.

Создать такой домик не составит труда при выделении должного количества времени. Вы получите несоизмеримую пользу от своих нововведений. До конца разобравшись в строении и автоматике вашего творения, вы сможете экономить огромное количество времени и средств с помощью контроля даже самых минимальных лишних выбросов электроэнергии или тепла.

Сделать свой дом максимально удобным, приспособить его под свой образ жизни теперь стало возможным с помощью «Умных домов» и мини-компьютеров Raspberry Pi.

Автор, специалист в сфере IT и новых технологий.

Получил высшее образование по специальности Фундаментальная информатика и информационные технологии в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова. После этого стал экспертом в известном интернет-издании. Спустя время, решил попробовать писать статьи самостоятельно. Ведет популярный блог на Ютубе и делится интересной информацией из мира технологий.