Wi-Fi устройства контроля и управления Мастер Кит

Технология беспроводной передачи данных в локальных сетях Wi-Fi появилась в 1998 году благодаря инженеру австралийской лаборатории радиоастрономии CSIRO Джону О’Салливану. Первый стандарт беспроводного протокола обмена данными IEEE 802.11n был утвержден в 2009 году.

За время своего развития технология Wi-Fi приобрела широчайшую популярность, прежде всего из-за отсутствия необходимости использования проводов при подключении к сети. И если изначально технология Wi-Fi применялась для подключения носимых и наладонных компьютеров, то в настоящее время эта технология проникла и в фотоаппараты, и в бытовую технику, и в мультимедийные устройства, и в устройства управления. Широко применяются и беспроводные датчики различных физических величин – температуры, давления, влажности и т.п. Устройства контроля и управления «умным домом», оснащенные Wi-Fi модулями, могут осуществлять свои функции из любой точки, где доступна локальная беспроводная сеть, а в случае, если эта сеть через роутер имеет возможность выхода в глобальную сеть – и из любой точки, где есть интернет. С помощью своего смартфона, подключенного к интернету (посредством Wi-Fi или GSM), пользователь может не только просматривать сайты, но и управлять бытовой техникой, расположенной на любой расстоянии от него.

Стандартная схема Wi-Fi сети содержит, как минимум, одну точку доступа, формирующую беспроводную сеть с известным идентификатором (SSID) и параметрами шифрования, к которой подключен, как минимум, один клиент. Точкой доступа может служить, как специализированный прибор, так и подключенный к глобальной сети роутер, оснащенный беспроводным радиомодулем. Также, к примеру, точкой доступа могут выступать ноутбук или смартфон, оснащенные Wi-Fi модулями, и подключенными к сети с помощью кабеля или технологии GSM соответственно.

В предлагаемом обзоре мы рассмотрим некоторые модули, предлагаемые компанией Мастер Кит, использующие беспроводную технологию Wi-Fi. Некоторые модули предназначены для использования в проектах DIY, поставляются в виде печатной платы с компонентами и не имеют корпусов, другие же выполнены в виде законченных устройств и предназначены для использования «из коробки». Следует учесть, что каждое из рассматриваемых устройств является клиентом беспроводной сети, следовательно, для подключения их к сети необходима точка доступа. Также нужно обращать внимание на то, с какой сетью устройство соединяется – локальной или глобальной. Многие Wi-Fi устройства используют порталы, размещенные в глобальной сети для связи с другими такими устройствами и обмена информацией. Такой способ связи позволяет упростить соединение, так как не требует постоянного выделенного IP-адреса глобальной сети и относительно сложных сетевых настроек типа NAT («проброса» портов) для доступа извне в локальную сеть, расположенную за файрволом роутера.

Для удобства сравнения основные характеристики устройств сведены в таблицу, расположенную в конце обзора.

Начнет наш обзор с DIY-модулей Мастер Кит, использующих технологию Wi-Fi.

1. MP3509 – Wi-Fi реле с термометром и двумя реле.

Основой устройства служит получивший широкое распространение Wi-Fi модуль ESP8266. Модуль представляет собой микроконтроллер, оснащенный беспроводным интерфейсом. Он поддерживает стандарты IEEE 802.11 b/g/n, с шифрованием WEP и WPA/WPA2. Также модуль имеет 11 доступных для пользователя портов ввода/вывода и интерфейсы проводной связи SPI, I2C, I2S, UART и 10-разрядный АЦП. Имеются несколько свободно распространяемых комплектов разработчика (SDK) с компилятором и библиотеками, позволяющими эффективно использовать возможности ESP8266.

Все это позволило создать современное устройство для мобильного управления различными электроприборами с помощью смартфоны или планшета.

Wi-Fi реле MP3509 рассчитано на работу в локальной Wi-Fi сети.

Помимо дистанционного управления двумя реле, предназначенными для коммутации нагрузки до  по 2000 Вт каждое, модуль обеспечивает прием и передачу в сеть показаний подключаемых к нему двух датчиков температуры типа DS18B20, датчика влажности DHT11 или DHT22, аналоговых датчиков с использованием встроенного АЦП. Модуль имеет открытую систему команд для интеграции в автоматизированные системы типа «умный дом».

Модуль может использоваться как отдельно, с управлением посредством программы для Андроид, так и в составе, например, системы автоматизации OpenHAB: см. материал Подключение модулей MP35хх к системе автоматизации OpenHAB.

Как уже было отмечено, модуль MP3509 рассчитан для работы в локальных сетях. Если необходимо использовать доступ к глобальной сети, то в этом поможет следующий прибор.

2. MP3509 MQTT – интернет реле с термометром и двумя реле, использующее сервер MQTT.

Сетевой протокол MQTT (Message Queue Telemetry Transport) является упрощенным протоколом передачи данных между устройствами и работает поверх протокола TCP/IP. Этот протокол использует поведенческий шаблон проектирования передачи сообщений, известный как «издатель-подписчик», весьма прост в использовании и администрировании, не создает больших нагрузок на каналы связи и успешно работает при наличии проблем в этих каналах, а также не накладывает ограничений на формат передаваемых данных. MQTT разработан в расчете на маломощные встроенные устройства, поэтому для его реализации требуются минимальные вычислительные мощности, с которыми справляются микроконтроллеры. Таким образом, протокол MQTT является, наряду с некоторыми другими аналогичными протоколами, например MODBUS или RS-485, отличным средством для реализации функций «интернета вещей» - IoT.

Модуль MP3509 MQTT имеет те же технические возможности, что и  MP3509:

- дистанционное управление двумя реле по 2000 Вт каждое;

- прием и передача в сеть показаний подключаемых к нему двух датчиков температуры типа DS18B20;

- прием и передача показаний датчиков влажности DHT11 или DHT22, аналоговых датчиков с использованием встроенного АЦП.

Но, помимо этого, он обеспечивает считывание данных с датчиков и управление встроенными реле через интернет в любой точке, есть имеется подключение к глобальной сети. При работе в глобальной сети используется бесплатный MQTT сервер, по умолчанию  iot.eclipse.org, но можно использовать и другой.

3. Если предыдущие два устройства используют возможности микроконтроллера ESP8266, то модуль BM8034 имеет в своем составе собственный более мощный микроконтроллер серии STM8 и представляет собой устройство сбора и передачи данных по Wi-Fi.

Применение микроконтроллера STM8 позволило реализовать в небольшом объеме весьма широкий функционал. Модуль является с одной стороны законченным устройством для сбора данных о потребляемых бытовых ресурсах, таких, как вода, тепло, газ, электроэнергия, а с другой стороны – многофункциональным устройством контроля и управления исполнительными модулями и механизмами.

Прибор собирает данные с подключенных к нему датчиков и счетчиков по установленному расписанию и передает эти данные на сервер, для дальнейшей обработки и использования.

К одному прибору может быть подключено до 8 любых устройств в любой комбинации:

- счетчики воды;

- счетчики газа;

- счетчики электричества (при установке дополнительного модуля интерфейса CAN или RS-485);

- датчики температуры, например, BM8034temp;

- датчики протечки воды, например, BM8034water;

- датчики уровня жидкости; 

- датчики утечки газа;

- исполнительные устройства (запорно-регулирующая арматура с электроприводом), например, шаровый кран с электроприводом BM8034valve.

При использовании дополнительных встраиваемых модулей интерфейсов RS-485 или CAN к одному модулю, помимо 8 устройств, перечисленных выше в описании, можно подключить до 8 счетчиков электроэнергии типа Меркурий.

Модули можно объединять для увеличения количества обслуживаемых каналов сбора информации.

Прибор собирает данные со счетчиков и датчиков и по установленному в настройках расписанию передает их на сервер, расположенный на территории России. В штатном режиме данные отправляются раз в сутки с почасовой детализацией. Если обнаруживается аварийная ситуация (отключился счетчик воды, возникла протечка, садится батарея и т.д.) прибор выходит на связь немедленно и сообщает об этом владельцу с использованием PUSH или E-MAIL уведомлений. На сервере организован личный кабинет каждого пользователя.

В личном кабинете можно указать, в какой день и час сервер будет ежемесячно автоматически отправлять показания. Показания могут отправляться следующими способами: в виде PUSH уведомления, в виде E-MAIL, непосредственно на портал MOS.RU. Забудьте о рутине связанной с ежемесячной передачей показаний вручную!

Также вы можете просто смотреть показания и графики на вашем мобильном телефоне, планшете или компьютере, используя браузер или мобильное приложение для iOS и Android.

Питание модуля производится от трех щелочных (Alkaline) батареек типоразмера АА, продолжительность автономной работы не менее 3 лет. При снижении уровня заряда ниже 10% пользователю будет отправлено PUSH или E-MAIL уведомление.

Устройство связывается с сервером, используя выход в интернет через частную или публичную сеть Wi-Fi с шифрованием. Можно использоваться две сети: основную и резервную. В отсутствии связи прибор собирает и хранит почасовой журнал в течение 1 месяца, при её возобновлении передает данные на сервер. В любой нештатной ситуации (прибор не выходит на связь, произошла протечка, обрыв в линии связи до датчика или счетчика и т.п.) сервер отправит вам PUSH или E-MAIL уведомление.

Таким образом, модуль BM8034 является отличной основой для построения систем для сбора и контроля потребления бытовых ресурсов в жилых зданиях, домах, небольших поселках и т.п.

Рассмотри теперь несколько законченных «коробочных» устройств.

4. Умная Wi-Wi розетка MA0201 со счетчиком потребления электроэнергии позволяет управлять подключенными к ней бытовыми электроприборами с помощью смартфона с операционными системами Android и iOS, а также выводить на экран смартфона информацию о текущем потреблении электроэнергии, а также о суммарном потреблении за день, неделю, месяц и год.

Управление осуществляется как вручную, так и по заранее запрограммированным сценариям. Для этого используется бесплатное приложение e-Control, в котором сохраняются все сделанные настройки.

Устройство может определить, находитесь ли вы дома, и выполнить соответствующий сценарий, включая или выключая электроприборы.

Особенностью модуля является возможность совместной работы с другими модулями серии MA02xx.

5. MA0202 – это Wi-Fi модуль управления электроприборами.

По сути это та же умная розетка, но выполненная в конструктиве скрытой проводки для прямого подключения к электросети и управляемому устройству. Такое решение будет удобно для управления потолочными светильниками, кондиционерами, теплым полом и т.п.

Управление также производится через приложение e-Control.

Особенность устройства – наличие обратной связи. Информация о текущем состоянии нагрузки отображается на экране смартфона. Также модуль может включать и выключать нагрузку по расписанию. Такая функция может быть полезна для создания эффекта «присутствия хозяев», когда дома никого нет – одного из способов отвадить любителей поживиться чужим добром.

Прибор оснащен светодиодной подсветкой и кнопкой включения/выключения на корпусе. Корпус имеет возможность настенного крепления.

6. Выполненный в футуристическом дизайне прибор MA0203 является станцией контроля качества воздуха и окружающей среды.

Станция оснащена датчиками, которые в режиме реального времени определяют температуру и влажность воздуха, освещенность, уровень шума, а также наличие в воздухе летучих органических веществ и углекислого газа. При этом производится интегральная оценка качества воздуха на основе заводских настроек.

Вся собранная прибором информация может быть отображена на экране смартфона.

Устройство может служить универсальным датчиком «умного дома». В зависимости от показаний датчиков, при наличии других подключенных к этой же сети устройств серии MA02xx, можно настроить сценарии автоматизации определенных действий. Например, MA0203 может включить увлажнитель воздуха при снижении влажности до заданного уровня, освещение при наступлении темноты или вытяжную вентиляцию при превышении уровня СО2.

Устройство имеет на корпусе три USB-разъема, один из которых используется для подключения источника питания, а два других для подсоединения дополнительных датчиков.

Подсветка, вмонтированная в корпус, наглядно подскажет вам степень комфорта в помещении: красный, синий и зеленый цвета соответствуют плохой, хорошей и идеальной обстановке.

7. В состав «умного дома» может органично войти система охраны MA0204.

Датчики системы непрерывно следят за охраняемым помещением, и в случае нежелательного проникновения в него на ваш смартфон будет немедленно отправлено PUSH-уведомление, которое мгновенно будет отображено на экране вместе со звуковым сигналом.

Помимо блока управления, в комплект системы входят:

- пульт для удобного оперативного управления;

- датчик открытия дверей;

- PIR-датчик движения, обнаруживающий перемещение в инфракрасном диапазоне, то есть реагирующим на движение теплых предметов, таких, как человек или животное.

После несложной настройки система будет присылать на смартфон уведомления о том, какой датчик сработал в помещении. Также систему можно настроить таким образом, что при каких-либо изменениях состояний датчиков информация об этом будет передаваться другим подключенным к сети устройствам и заставлять их выполнять заранее определенные действия. Таким образом, система MA0204 может быть центром предупреждения и реагирования на все происходящие в контролируемом пространстве события.

Брелок-пульт дистанционного управления упрощает оперативную работу с системой, позволяет одной кнопкой включать настройки безопасности дома или, наоборот, снимать их, а также подавать сигнал «SOS» в чрезвычайных ситуациях. Режим «AUTO» заранее подготовит комфортные условия в доме к вашему приходу. Выезжая в направлении дома, вы заранее можете подать команду запуска подключенных устройств для включения отопления, света, вентиляции и т.д.

Обращаем ваше внимание на то, что многие устройства из ассортимента Мастер Кит продаются в комплекте с совместимыми или рекомендуемыми для совместного использования товарами. Покупая комплекты, можно хорошо сэкономить, ведь комплектом – дешевле!

Wi-Fi устройства контроля и управления Мастер Кит