Как за 9 тысяч рублей сделать систему охраны дачи с дистанционным управлением

Система, о которой пойдёт речь, была смонтирована на одной подмосковной даче. Исходно мы предполагали решить три основных вопроса:

1. дистанционное включение электрического отопления;
2. мониторинг температуры в помещениях в доме;
3. простейшие функции охраны и оповещения.

В качестве канала для управления мы избрали обыкновенные SMS-сообщения. Конечно, если бы дом, в котором всё происходило, был подключён к Интернету перманентным соединением, можно было бы использовать это подключение также и для управления извне, но, к сожалению, в нашем распоряжении не оказалось ни выделенной линии в Интернет, ни даже надёжного GPRS-канала: именно в этом месте мобильная связь, как мы очень быстро выяснили, работает до крайности неустойчиво. Кроме того, чтобы управлять системой локально, то есть находясь в доме, мы предусмотрели веб-интерфейс, доступный через WiFi; в качестве побочного эффекта систему можно использовать для выхода в Интернет с помощью GPRS через WiFi, если, конечно, имеющееся качество GPRS-соединения вас устроит.

Логика управления системой исходно предполагалась довольно нетривиальная, и, кроме того, сама по себе задача обработки SMS-сообщений указывала на необходимость управляющего компьютера. В качестве такового можно использовать практически любой компьютер, но, конечно, использование обычных настольных "гробов", мягко говоря, не очень удобно: во-первых, управляющая машина должна быть небольшой по размерам, и, во-вторых, не следует забывать, что работать она будет круглые сутки, и, следовательно, не должна потреблять много электричества. Первоначальная версия системы была построена на нетбуке Eeepc-701, причём нетбук был специально доработан, чтобы от его аккумулятора могли питаться наиболее критичные части системы. Впоследствии от использования Eeepc мы отказались в пользу Raspberry Pi, который гораздо устойчивей в работе и потребляет существенно меньше энергии; впрочем, при этом нам пришлось добавить в систему отдельный источник бесперебойного питания. Так или иначе, повторить наш опыт Вы сможете вообще с любым компьютером, имеющим USB-порты и допускающим установку и запуск ОС Linux.

Следующим встал, что вполне естественно, вопрос о выборе моделей и конфигурации приборов UNC0xx, но этот выбор был полностью обусловлен набором устройств, которыми нужно управлять, поэтому сначала будет целесообразно их перечислить.

Дом, в котором монтировалась система, двухэтажный и отапливается стационарными электрическими обогревателями, которые снабжены регулируемым термостатами. Обычно в отсутствие хозяев все термостаты выставляются на температуру 5 градусов, чтобы обеспечить сравнительно экономичный режим, не допускающий при этом промерзания дома. К сожалению, недостаток такого подхода известен каждому, кто хотя бы раз приезжал зимой в дом, в котором установилась температура чуть выше нуля: прогрев помещения до приемлемой температуры занимает не менее получаса, и всё это время по дому приходится ходить в шубах и дублёнках, невозможно даже снять обувь, попытки присесть на холодную мебель тоже удовольствия не доставляют. Задача, поставленная хозяином дома, была простой: по дороге на дачу иметь возможность отправить SMS, которое бы включило отопление на прогрев, с тем, чтобы к прибытию хозяев температура в доме уже была комфортной.

Решить задачу имеющимися средствами оказалось довольно просто. Обогревателей на каждом этаже несколько; мы выбрали один из них на первом этаже и один — на втором, включение и выключение их питания возложили на нашу систему. Уезжая, хозяева устанавливают температуру 5 градусов на всех обогревателях, кроме этих двух, и с поддержанием плюсовой температуры оставшиеся обогреватели вполне справляются. Что касается двух выбранных обогревателей, на них реостаты выставляются в позицию 25 градусов, но мх питание при этом отключается. Если теперь их дистанционно включить, в течение тридцати-сорока минут они прогреют дом до прохладных, но уже достаточно комфортных 18-20 градусов. Конечно, со штатным обогревом дома два нагревателя из всех справляются с трудом, но хозяева по прибытии уже вручную выставляют на искомые 25 градусов все остальные обогреватели и буквально через пару минут в доме устанавливается штатный климат.

Так или иначе, мощность каждого обогревателя составляет больше двух кВт, так что встроенные реле наших приборов с такой мощностью не справятся, поэтому изначально в схему системы были заложены два внешних реле (мы использовали монтирующиеся на DIN-рейки реле PK-1P с напряжением обмотки 12В).

Охранно-оповещательные функции нашей системы сводятся к анализу информации с датчиков движения; контуров этих датчиков мы предусмотрели два, что потребовало двух входных линий. Ещё две линии заняли тумблер «присутствие» и сигнал «безусловной отмены тревоги». Попытаемся пояснить их назначение. Тумблер установлен в достаточно удобном для хозяев, но не вполне очевидном для посторонних месте около входной двери. Уезжая из дома, хозяева переводят тумблер в положение «выключено», система дожидается, пока все датчики движения не покажут отсутствие такового, и переходит в режим охраны. Если при нахождении в этом режиме сработают датчики движения, система выждет 30 секунд, после чего поднимет тревогу — включит сирену, отправит SMS-сообщения на телефоны хозяев. Пауза в 30 секунд предусмотрена, чтобы дать возможность хозяевам сообщить системе о своём возвращении, переведя тумблер присутствия в положение «включено».

Конечно, такой способ отмены тревоги вполне комфортен не только для хозяев, но и для потенциальных нарушителей, поэтому в системе предусмотрен ещё один режим, который мы назывем «параноидальным». Как ввести систему в этот режим, так и вывести её из него можно только через SMS-сообщения или веб-интерфейс, защищённый паролем. В этом режиме любое движение вызывает срабатывание тревоги всего через десять секунд, причём тумблер присутствия игнорируется: единственный способ предотвратить тревогу — это активировать линию «безусловной отмены», что не так просто, ведь эта линия замыкается герконом, спрятанным под обивкой одной из стен. Для её активации, таким образом, нужно поднести магнит к определённому месту стены, которое известно только хозяевам. Пикантности добавляет тот факт, что в нескольких местах на окрестных стенах установлены герконы, замыкание которых приводит к немедленной тревоге, так что просто водить магнитом вдоль стен для отмены тревоги оказывается явно недостаточно. Линия безусловной отмены, на самом деле, предусмотрена на случай ошибки хозяев; штатно систему следует снять с охраны (вывести из параноидального режима) с помощью SMS-сообщения незадолго до своего прибытия, либо, не заходя в дом, подключиться к WiFi (вблизи от дома он вполне доступен) и воспользоваться web-интерфейсом.

Для индикации текущего режима работы системы мы выбрали светозвуковой индикатор Астра-10 (исполнение 3). Напряжение питания Астры-10 — всё те же 12В, а тока она потребляет совсем немного, что позволяет управлять ею через устройства UNC0xx без применения реле: обе цепи Астры-10 подключаются к устройству вместо обмоток внешних реле. Отсутствие реле, в частности, позволяет оставлять лампу мигающей круглые сутки; при наличии реле так лучше не делать, поскольку механические контактные группы всё же изнашиваются, хотя и медленно — но если круглые сутки замыкать и размыкать их каждые две-три секунды, примерно за полгода реле, вероятнее всего, сдохнет. Электронные схемы такой усталости не подвержены, так что в нашей системе красная лампочка в обычном режиме охраны непрерывно горит, а в параноидальном режиме мигает.

Наконец, нам понадобился ещё один входной канал для контроля за наличием напряжения в сети. Дело в том, что источник бесперебойного питания не может поддерживать систему вечно; следовательно, если обесточить дом, что можно, в принципе, сделать извне (например, оборвав провода), через несколько часов оборудование отключится. Поэтому при исчезновении электричества более чем на тридцать секунд система отправляет SMS-сообщения хозяевам, что позволяет, например, позвонить соседям (или вахтёру дачного посёлка) и поинтересоваться, как там дела с электричеством. При восстановлении электропитания отправляется ещё одно SMS-сообщение. Сделано это совсем просто: в сеть 220В включено обычное реле, обмотка которого расчитана на питание от 220В, ну а контактная группа реле подключается к входной линии прибора UNC0xx.

Итак, исходно нам потребовались четыре управляемые линии (два внешних реле для управления отоплением, две линии для управления светозвуковым извещателем) и шесть входных линий (две для датчиков движения, по одной для тумблера присутствия, геркона безусловной отмены, герконов включения тревоги (одна на всех) и ещё одна для контроля напряжения в сети, поэтому мы установили в системе устройство UNC010 с двумя модулями входных линий UNC010/in. Забегая вперёд, отметим, что позднее нам всё же не хватило управляемых линий, так что к первому устройству очень скоро прибавилось второе, на сей раз UNC011; модулей расширения мы в него ставить не стали, поскольку свободные линии у нас после его установки остались как входные, так и управляемые.

Для работы с SMS-сообщениями мы сначала хотели использовать обычный пользовательский GSM-модем в форм-факторе "флешки". Не рекомендуем вам идти этим путём! Начать с того, что такой модем в наше время совершенно невозможно достать не "лоченый", то есть не привязанный к конкретному сотовому оператору. Следующая особенность состоит в том, что продающиеся сейчас пользовательские модемы для начала прикидываются CDROM-устройством, чтобы операционная система с этого воображаемого CD-ROM'а поставила драйвера и запустила программу, дозванивающуюся в Интернет (очевидно, с понятием информационной безопасности создатели этого нонсенса никогда не были знакомы, иначе они не стали бы расчитывать на то, что у пользователя такая функция в системе не запрещена). Старые модели таких модемов ещё можно было отучить от вредной привычки прикидываться CDROM'ом, современные перенастроить практически невозможно, после выключения питания они «принимаются за старое». Но самая противная особенность пользовательских модемов — их склонность «зависать». Проявляется эта склонность обычно через несколько суток работы, поэтому у конечных пользователей, как правило, до зависания дело не доходит — компьютер конечного пользователя, оснащённый GSM-модемом, редко работает в круглосуточном режиме, к тому же модем обычно не оставляют воткнутым в порт. Если модем всё же завис, конечному пользователю справиться с этим очень просто — достаточно выдернуть модем из компьютера и воткнуть обратно. Совсем другое дело, если всё это происходит на компьютеризированной даче в отсутствие хозяев. Снять питание с USB-порта в большинстве случаев невозможно, а другим способом «развесить» модем не получается. Ко всему прочему, система смонтирована так, чтобы злоумышленнику было не очень просто её найти, но обратной стороной этой медали становится весьма затруднённый физический доступ к системе и модему, так что зависший модем становится проблемой, даже когда хозяева присутствуют. Наконец, последним аргументом против пользовательских GSM-модемов оказывается невозможность подключения внешней антенны, что в условиях плохой связи оказалось критично. Поэтому мы воспользовались промышленным GSM-модемом Fargo Maestro 100; работать с ним оказалось гораздо приятнее. Впрочем, как быстро выяснилось, он тоже замечательно умеет зависать, но питается он от внешнего источника, а не от порта USB (сам он вообще управляется через COM-порт, от которого питаться невозможно), так что «передёрнуть» его оказалось очень легко по команде с управляющего компьютера, чем мы и воспользовались. Правда, именно для этого нам потребовалось поставить в системе второй прибор UNC0xx, зато теперь у нас есть запас входных и выходных линий для будущих дополнительных возможностей; впрочем, мы могли бы, напротив, сэкономить один канал, и тогда без второго устройства удалось бы обойтись.

Для мониторинга температуры мы использовали четыре температурных датчика 1-Wire; два из них установили в помещениях первого этажа, по одному — на втором этаже и в подвале. На момент монтажа описываемой системы приборы UNC0xx могли работать с четырьмя одновременно подключёнными устройствами 1-Wire, так что, имея в системе два прибора, мы могли бы добавить ещё четыре датчика; при использовании современной версии прошивки это число ещё больше, шесть на один прибор (итого 12), так что при желании мы могли бы обвешать датчиками температуры всю дачу.

Наконец, для запитывания всего этого хозяйства мы использовали два блока питания. Один из них, такой же, как продающиеся у нас на сайте, снабжает электричеством приборы UNC01x, датчики движения, внешние реле и светозвуковой сигнализатор; второй блок питания предназначен специально для Raspberry Pi, которой нужно напряжение 5В.

Итак, аппаратная часть системы включает следующие компоненты:

Фото	описание	количество	цена
	Управляющий компьютер Raspberry Pi	1	2200 р
	Устройство UNC010 с двумя модулями UNC010/in	1	2260 р
	Устройство UNC011 без модулей	1	2150 р
	Реле PK-1P	2	2x490 = 980р
	Светозвуковой извещатель Астра-10	1	250 р
	Датчик движения	3	3x250 = 750 р.
	Тумблер	1	30 р
	Геркон	4	?
	Блок питания на 12В	1	480 р
	Блок питания на 5В	1	250 р
	Источник бесперебойного питания	1	2000 р.
	Промышленный GSM-модем	1	2500 р.
	Точка доступа WiFi	1	700 р.
	Температурные датчики 1-Wire	4	4x180 = 720 р

В таблице красным цветом помечены цены на компоненты, отсутствующие в прайс-листе ООО "Юниконтроллерз"; величины этих цен приведены ориентировочные. Кроме того, в таблице не учтены приблизительно 30м. витой пары 5 категории и около 10м. коробов для её прокладки. Даже с учётом всего этого общая стоимость аппаратной части нашей системы вряд ли сможет превысить 16 тыс. рублей.

При желании общую стоимость оборудования можно существенно сократить, пожертвовав небольшой частью функциональности системы. Так, достаточно убрать раздельное управление отоплением первого и второго этажа, и за счёт экономии управляемой цепи можно будет избавиться от дополнительного устройства UNC011. Если при этом для включения и выключения нагрузки использовать одно реле, а не два, расходы на аппаратуру упадут ещё почти на 500 р. Можно приобрести более дешевый источник бесперебойного питания (поскольку мощность, потребляемая всей системой, довольно низка, даже самые дешевые бесперебойники продержат систему в работе достаточно долго), можно отказаться от одного из датчиков движения, и так далее. Если ко всему этому, скажем, вместо Raspberry Pi использовать какой-нибудь старый ноутбук или нетбук, остаточная стоимость которого приближается к нулю и который, имея встроенный WiFi, снимает необходимость в отдельной точке доступа, то общую цену «железа» можно «загнать» ниже 9000 р. Возможен и другой, прямо противоположный подход — вместо сокращения функциональных возможностей системы, напротив, постараться максимально их расширить. Мы уже упоминали возможность использования точки доступа WiFi не только для управления системой, но и для выхода в Интернет. Добавим к этому возможность использования бесперебойного питания, входящего в систему, для защиты других устройств, таких как настольный компьютер или телевизор; возможность дополнительного использования управляющего компьютера системы в качестве, например, файлового сервера; возможность использования оставшихся в резерве управляемых линий для включения и выключения света в разных комнатах дома, для управления электромагнитным замком входной двери, и так далее. Использование компьютера с открытой операционной системой в качестве управляющего открывает существенный простор для фантазии, можно, например, подключить аудиовыход Raspberry Pi к усиливающей аппаратуре (которую тоже можно включать и выключать с помощью управляемых линий программно) и заставить управляющую машину приветствовать хозяев жизнерадостным голосовым сообщением; этот довольно нехитрый трюк почему-то обычно производит впечатление на гостей. Естественно, для незваных гостей можно предусмотреть совсем другое сообщение. По мере наращивания функций системы цена может перестать казаться высокой. Впрочем, даже исходные 16 тысяч — это по меньшей мере вдвое (а скорее — втрое) меньше, нежели пришлось бы отдать за аналогичный функционал, если реализовывать его на базе имеющихся на рынке импортных «систем умного дома».

Остаётся вопрос с программным обеспечением. На Raspberry Pi мы установили Raspbian и стандартный комплект программного обеспечения Юниконтроллерз (см. пошаговую инструкцию по инсталляции Raspberry Pi); для работы с SMS-сообщениями мы установили также пакет smstools, входящий в дистрибутив Debian (а значит, и Raspbian тоже), и, наконец, всю логику работы реализовали специально для этого написанной программой FFazenda. Подробный рассказ об этом — в следующей статье.

Ключевые слова/keywords: умный дом на Raspberry Pi, умный дом, умная дача, бюджетный умный дом, умный дом своими руками, умная дача своими руками, компьютерное управление домом, охранная система своими руками, дистанционное включение отопления, дистанционный мониторинг температуры, управление по SMS, умный дом для программиста