Z-Wave. Взрослый протокол для связи внутри вашего умного дома +Датчик CO2

Значительный игрок в мире беспроводных интерфейсов для умного дома. Пробуем.

Когда заходит речь про беспроводные интерфейсы в системах умного дома первое что приходит в голову обывателю — wifi. Потом называются, если обыватель вовсе не такой уж и обыватель, zigbee и порой радиорешения на 433 МГц. И, пожалуй, самый редкий случай — Z-Wave.

Происходит это скорее от того, что другие протоколы являются привычными (как wifi) или на слуху, в виду активного распространения в последнее время (дешевые и простые zigbee решения от массовых производителей, вроде xiaomi). Решение на 433 вспоминается от любви к этому протоколу у старых производителей выключателей, ламп, приводов ворот и подобного.

Но что же не так с Z-Wave? А все с ним хорошо. Статья не зря называется «Взрослый протокол». Дело в том, что Z-Wave как стандарт появился значительно раньше, чем Zigbee. Изначально разрабатывался под правильные IoT нужды — долгая работа, высокая проникающая способность, стандартность событийной модели управления между вендорами. Однако, протокол и устройства появились давно и до нашего брата доехали с значительной задержкой. В это время уже повсеместно применялись IoT решения с WiFi в качестве несущего протокола. Активно пиарился Xiaomi со своими недорогими решениями на Zigbee, впрочем, и другие производители Zigbee устройств не отставали. В итоге новый-старый игрок на рынке «умнодомного» строительства оказался в тени своих актуальных конкурентов. Напрасно.

Архитектура

Z-Wave, ровно так же, как и Zigbee, был построен, опираясь на необходимость расширения сети и ее перестройку под реалии окружающего пространства. Итого имеем низкочастотный протокол 800-1000 МГц (стало быть, высокая проникающая способность), ячеистая сеть, которая может перестраиваться, самостоятельно используя устройства как ретрансляторы, узлы координации и подключения. Высокая энергоэффективность за счет плавающих (по событию) окон для обмена данными.

Максимальная размерность одной Z-Wave сети составляет 232 устройства. Этого более чем достаточно для всех бытовых случаев. Увеличить количество устройств можно за счет запуска дополнительного координатора (в мире  Z-Wave данный тип устройств называется контроллер) на том же программном инстансе.

Так как устройства работают на низкой частоте, в разных странах приходится пользоваться разными частотами в пределах озвученного ранее диапазона. Частотный диапазон: 869.0 МГц (Россия); 908.42МГц (Соединённые Штаты); 868.42 МГц (Европа и страны CEPT); 919.82 МГц (Гонконг); 921.42 МГц (Австралия / Новая Зеландия). Это накладывает некоторые ограничения и порой неудобства. Однако, в мире существуют производители универсальных устройств-контроллеров. Сегодня речь пойдет в том числе о USB Контроллере Z-Way от Z-Wave.Me, которое может менять частоты из интерфейса своего приложения.

Однако, необходимо помнить, что к одному контроллеру можно подключить только устройства которые работают на его частоте.

Контроллер

Мы все давно привыкли к plug-n-play решениям, привыкли к стандартным разьёмам, формам. Ровно по этой причине в ряду устройств Z-Wave существуют USB стики с функционалом контрллера. Например, USB Контроллер Z-Way.

• Устройство работает в нескольких частотах (переключение через интерфейс ПО Z-Wave Smart Home)
• Выполнено в форм-факторе USB «флешки»
• Совместимо с *nix и windows системами
• Поддерживает в том числе Z-Wave+, что значительно расширяет набор и качество подключаемых устройств

Основным ПО к данному устройству является Z-Wave Smart Home. Полноценный центр умного дома, который мало того, что позволяет привязать конечные устройства и сенсоры к контроллеру, включить их в сеть, так еще и построить зависимости, автоматизации, выполнить уведомления.

Установка ПО происходит крайне просто. Необходимо установить z-way-server для вашей операционной системы. Например, для установки на raspbian достаточно выполнить две команды:

wget https://storage.z-wave.me/z-way-server/z-way-3.0.6_armhf.deb 

sudo dpkg -i z-way-3.0.6_armhf.deb

Далее после установки ПО (и удовлетворении зависимостей при необходимости) по адресу http://ip_малины:8083 будет доступен интерфейс управления вашей Z-Wave сетью. При первом запуске необходимо задать учетные данные для доступа (не забудьте добавить корректную почту).

Из настроек необходимо лишь уточнить на каком адресе находится ваше устройство. Для этого достаточно в консоли определить адрес командой:

ls -l /dev/serial/by-id

Далее подставляем в Меню — Приложения — Z-Wave Network Access (шестеренка), в поле Порт для Z-Wave платы/стика значение, характерное для вашей инсталляции.

Как правило, адресом устройства на малине под управлением Raspbian будет /dev/ttyACM0, если это не так, мы увидим это на шаге выше.

Сохраняем. И все. Ваш центр сети Z-Wave и центр умного дома готовы к использованию. Переходим к добавлению устройств.

Первое устройство в Z-Wave сети

Начнем, пожалуй, с самого простого — добавим датчик. Не простой, а датчик качества воздуха.

 

Переходим в раздел Устройства, нажимаем добавить новое, нажимаем Автоматически обнаружить Z-Wave устройство. В открывшемся меню готовим будущие соединение, в этом случае устройство добавляется без шифрования. Изменим настройку.

И жмем.

Следующий шаг — перевод устройства в режим сопряжения. Если у вас устройство новое, то оно сброшено и может быть переведено в нужный режим простым действием — быстрым, многократным нажатием на кнопку «темпера» (кнопка информирования о демонтаже). В разных устройствах от разных производителей процесс может отличаться, но как правило он схож с озвученным выше. В любом случае в комплектной инструкции будет информация о переводе устройства в режим сопряжения, сброса, отвязки.

Ждем немного завершения подключения и все. Устройство обнаруживается, добавляется нужными типами в ваш Z-Wave центр. Теперь можно приступить к его использованию.

Низкий старт. Умный дом на базе Z-Wave Smart Home

После этих нехитрых действий у вас появляется возможность организации интерфейса взаимодействия и отработки событий в зависимости от состояния устройства.

Первое что попробуем сделать — настроим отправку уведомлений на почту, как наиболее простой вариант информирования.

Проверяем что приложение Send Email Notification активно и в настройках его указан ваш действующий e-mail адрес. Если не так, исправляем.

Не уходим далеко из меню приложений. Переходим в локальные приложения и выбираем Если -> Тогда. Добавляем и производим его настройку.

Дышим. И… Получаем уведомление.

Знаете, для старта этого более чем достаточно. Более того 99% людей не имеют даже такого. Но мы пойдем дальше.

Apple дом

Как известно, компания Apple на своих устройствах предлагает системное приложение Дом, для управления и отслеживания всех элементов домашней умнодомной инфраструктуры. Так добавим же наш новый датчик в HomeKit (так называется протокол, через который идет связь устройств с Apple домом).

Существует множество система управления умными домами. Все они по-своему хороши и нет смысла начинать священную войну по выбору таковой. Среди таких систем выделяется home assistant. Открытое программное решение, доступное для установки на ARM и x86 системах для целей организации центра умного дома. Существуют способы портативной установки под Windows, самостоятельной (системное окружение или venv) или самодостаточной (docker) установки данного ПО. Прелесть приложения в том, что оно представляет из себя не только хранитель устройств, но и систему их взаимного использования, автоматизаций. А также настраиваемый интерфейс и большое количество модулей расширения. Что выгодно отличает его от простых решений вроде homebridge и сложных (но гибких) решений вроде node-red.

Предположим, что home assistant у вас установлен. Нет возможности заострять на этом внимание в данной статье. Приступим к настройке HA (сокр. homeassistant).

Для начала необходимо выключить z-way-server. Делать это нужно чтобы он освободил для работы HA с Z-Wave стиком необходимое системное устройство.

sudo service z-way-server stop

Далее добавляем интеграцию с Z-Wave в HA. Для этого в разделе Настройки — Интеграции нажимаем большой плюс и выбираем Z-Wave среди множества прочих интеграций. Вводим адрес устройства, которое мы нашли на самых начальных этапах настройки.

Далее включаем сеть в Настройки — Z-Wave

Так как ранее мы добавили в сеть нашего стика некоторое количество устройств, то сейчас эти устройства так же найдутся HA и будут доступны для использования. Вот, например, наш датчик:

Итак. А где же дом? Apple дом! А все уже там. Дело в том что с недавнего времени homeassistant по умолчанию включает все устройства которые доступны по типу в доме в интеграцию homekit. Достаточно добавить мост homeassistant в ваше apple устройство и все. Остается включить уведомления и стоит уровню CO2 превысить первую критическую отметку в 1000 ppm, как уведомление не заставит себя долго ждать.

Это открывает возможности для установки автоматизаций не только в home assistant, но и в apple доме. Хотя, откровенно говоря, автоматизации homekit относительно тех же в HA или уж тем более node-red просто детский лепет. Хотя интерфейс очень хорош, а в новых версиях iOS станет еще лучше.

Итог

Z-Wave — отличный протокол. Не просто еще один, а именно отличный. С множеством интересных и давно отработанных за годы решений. А уже единость стандарта, это просто сказка. Zigbee только к третьей версии разродился хоть какой-то стандартизацией.

Для наших подписчиков действует промокод HOMEVER10 на приобретение контроллера и датчика качества воздуха. Промокод дает 10% скидку до 1 августа 2020 года.