Nasz projekt związany z wymienionym w tytule sposobem na zbudowanie własnej instalacji automatyki domowej coraz szybciej się rozwija. W związku z tym narodziła się potrzeba szerszego nakreślenia zalet tego rozwiązania, omówienia innych dostępnych możliwości oraz przedstawienia uzasadnienia naszej koncepcji, co też czynię w niniejszym wpisie. Zapraszam do czytania.
Dlaczego stosować RS485?
Łączenie urządzeń magistralą to oszczędny i nowoczesny sposób budowania instalacji. Z powodzeniem stosowany jest w motoryzacji i przemyśle. Pozwala na zmniejszenie ilości przewodów, znaczne uproszczenie projektu oraz ograniczenie nakładu niemożliwej lub trudnej do zautomatyzowania pracy. Szerzej pisałem o tym tutaj. RS485 to sprawdzony i niezawodny standard z wieloletnią tradycją stosowania w przemyśle, a zatem w środowisku pełnym zakłóceń, niesprzyjającym pracy urządzeń elektronicznych. Trudno zatem kwestionować, że jest to dobry wybór również do domowej instalacji inteligentnej. Prawidłowo zaprojektowana instalacja komunikująca się w standardzie RS485, zbudowana na odpowiednich podzespołach powinna zapewnić niezawodność i pewność działania na długie lata.
Rozproszone systemy magistralowe – jakie są opcje?
Jeśli chodzi o rozproszone instalacje automatyki domowej oparte o komunikację po magistrali to nie mamy do wyboru zbyt wielu rozwiązań komercyjnych. Właściwie na myśl przychodzi jedynie drogi i ekskluzywny standard KNX. Ze względu na te jego cechy, jest to jednak propozycja jedynie dla osób z dużym budżetem.
Entuzjaści i hobbyści elektronicy mają natomiast do wyboru całą gamę tanich podzespołów elektronicznych pochodzących głównie z Chin. Klony Arduino, moduły z transceiverem RS485, przekaźniki SSR czy elektromagnetyczne, wszystko to za zaledwie kilka dolarów można nabyć z pomocą azjatyckich portali aukcyjnych. Czy jednak jest to rzeczywiście dobry pomysł?
Przyjrzeliśmy się dokładnie tym podzespołom i zauważyliśmy, że często są one źle zaprojektowane (np. bezsensowne i nieuzasadnione specyfikacją rezystory podciągające na popularnym module transceivera RS485). Także próba zastosowania wielu oddzielnych modułów połączonych przewodami stykowymi prowadzi do plątaniny kabli i problemów z ograniczoną przestrzenią, które dają się we znaki, jeśli chcemy zamontować nasze podzespoły elektroniczne w ciasnej puszce elektrycznej. Negatywnego obrazu dopełniają goldpiny, którymi najczęściej wyprowadzone są piny układów elektronicznych – ich łączenie ze sobą poprzez wspomniane przewody stykowe to często droga przez mękę.
Bardziej zaawansowani zwrócą również uwagę na szczegóły, które umykają na pierwszy rzut oka. Co z zabezpieczeniem zasilania, przecież w sieci występują przepięcia. Co jeśli przez przypadek zrobimy zwarcie w module? A wyprowadzenia pinów mikroprocesora? Ich niezabezpieczenie grozi awarią. Mógłbym tak jeszcze chwilę wymieniać, niemniej jednak żadnego z tych rozwiązań nie uświadczymy w tanich układach elektronicznych z azjatyckim rodowodem.
Motywacja
Wobec powyższego doszliśmy do przekonania, że na rynku brakuje profesjonalnych rozwiązań dla coraz liczniejszej grupy entuzjastów inteligentnych domów, którzy chcieliby sami zaangażować się w budowanie swojej instalacji. Szczególnie wąska oferta dotyczy przewodowych systemów magistralowych o architekturze rozproszonej. Niewątpliwe zalety tego typu instalacji skłoniły nas do zaproponowania własnej propozycji w tym obszarze.
Postanowiliśmy opracować nowe urządzenia komunikujące się w standardzie RS485, które cechowałyby się profesjonalnym projektem, optymalnym kształtem i rozmiarem, rozbudowaną funkcjonalnością oraz wygodą montażu. Nieodłączny dodatek do urządzeń miało stanowić również dopracowane, łatwe w obsłudze oprogramowanie oraz przejrzyste instrukcje użytkowania.
Nasza koncepcja nie powstała od razu, lecz stopniowo wyewoluowała na podstawie licznych prób i doświadczeń zbieranych przez wiele miesięcy a nawet lat. Ostatecznie wyłoniły się projekty hardware’owe, które obecnie wciąż rozwijamy i udoskonalmy. Na tym etapie można już chyba powiedzieć, że tę koncepcję stopniowo realizujemy z sukcesem.
Co proponujemy
Sercem naszej koncepcji jest moduł z mikrokontrolerem ATmega328pb oraz transceiverem RS485 – RS485 MCU Module. Jest on optymalnie zaprojektowany pod kątem kształtu, wymiarów i wygody montażu. Posiada wytrzymałe złączki MOLEX do wyprowadzania wejść/wyjść oraz 12-pinowy interfejs do podłączania całej gamy shieldów, które rozszerzają jego funkcjonalność. Każdy pin mikrokontrolera oraz transceiver RS485 jest zabezpieczony przed ESD do 15 kV.
Shieldy dzielą się na przeznaczone do montażu w puszkach instalacyjnych lub w rozdzielnicy elektrycznej. Z tych pierwszych opracowaliśmy 2SSR Shield, czyli 2-kanałowy moduł z przekaźnikami SSR z pomiarem prądu obciążenia oraz RGBW Shield, czyli 4-kanałowy ściemniacz do taśm LED 12 V lub 24 V. W rozdzielnicy zamontujemy 4RelayDin Shield, czyli 4-kanałowy moduł z przekaźnikami o obciążalności 10 A z niezależnym pomiarem prądu na każdym kanale, Heating Shield, czyli 8-kanałowy moduł z przekaźnikami SSR przystosowany do obsługi zaworów sekcji grzewczych, a także Din Input Shield – uniwersalny moduł wejść/wyjść. Pracujemy również nad modułem I2C Multisensor, który służyłby jako uniwersalny czujnik, oczy i uszy każdego inteligentnego domu, współpracując z modułem MCU poprzez magistralę I2C.
Komunikację modułów RS485 z kontrolerem (najlepiej open source, jak Domoticz, Home Assistant, itd.) zapewnia opracowana przez nas brama sieciowa, RS485 Ethernet Gateway. To zaawansowane urządzenie stanowi pomost pomiędzy magistralą w standardzie RS485 a domową siecią LAN i czuwa nad poprawną pracą modułów.
Jak wynika z powyższego opisu, opracowane przez nas urządzenia wspierają architekturę zarówno rozproszoną jak i scentralizowaną. Pracujemy również nad łatwym w zastosowaniu oprogramowaniem, które umożliwi użytkownikowi szybką konfigurację pożądanych funkcji, bez konieczności posiadania biegłości w żadnym języku programowania.
Z czego korzystamy
Dynamiczny rozwój naszego projektu zawdzięczamy również autorom biblioteki MySensors, którą wykorzystujemy jako protokół komunikacji. Dzięki nim otrzymaliśmy dopracowane, dobrze opisane, funkcjonalne i niezawodne narzędzie o rosnącej popularności, a co za tym idzie dużym potencjale do integrowania z innymi systemami i produktami. Wszystko, co współpracuje z MySensors działa również z naszymi modułami. Niejako w ramach wdzięczności część naszych prac opublikowaliśmy na portalu openhardware.io, który służy do dzielenia się projektami sprzętu związanymi z automatyką domową DIY z wykorzystaniem biblioteki MySensors.
Dokąd zmierzamy
Po trwającym kilka miesięcy okresie intensywnych prac projektowych udało nam się w ostatnim czasie zamówić znaczną partię prototypową. Dzięki niej mieliśmy okazję wprowadzić dodatkowe usprawnienia i wyłapać niewidoczne w programie komputerowym błędy. Na dzień publikacji wpisu finalizujemy zamówienie na pierwszą partię modułów MCU i 2SSR. Trafią one do pierwszych chętnych, których udało nam się do tej pory pozyskać. W rezultacie otrzymamy wyniki niezależnych testów i wartościową informację zwrotną. Na dalszym etapie będziemy się starali o zdobycie finansowania, które umożliwiłoby nam przeniesienie projektu na w pełni profesjonalny poziom (badania EMC, nadanie znaku CE, oficjalną sprzedaż w Polsce i na świecie).