«умный дом» на практике: сравнение двух контроллеров z-wave

05.10.2020

Общие черты

Как упоминалось выше, Z-Wave Plus является продолжением оригинальной Z-Wave, поэтому базовая технология практически не изменилась.

  • Двусторонняя беспроводная связь — ваши подключенные устройства и умный домашний контроллер могут связываться и разговаривать друг с другом. Если сообщение не подтверждено одним или другим, оно повторяется. Эта гарантия бесперебойной связи делает работу смартфона более гладкой и последовательной.
  • Обновления статуса — Z-Wave может отслеживать состояние любого устройства, подключенного к системе. Осветительные приборы, отопление, бытовая техника и многое другое — все они отправляют отчеты о состоянии в режиме онлайн.
  • Z-Wave содержит функцию Mesh Networking, которая охватывает мертвые зоны. Этот аспект технологии гарантирует, что ваш дом будет подключен даже на большие расстояния, и идеально подходит для больших установок.
  • Простота управления — Z-Wave очень легко управляется и предлагает различные способы доступа и управления домом. Используйте пульт дистанционного управления, центральный концентратор, приложение для смартфона или веб-сайт, чтобы обеспечить максимальную эффективность работы дома.
Z-Wave — как сделать умный дом без проводов | #УмныйДомZ-Wave — как сделать умный дом без проводов | #УмныйДом

Принципы работы

В Z-Wave данные передаются по радиоканалу частотой до 1 ГГц

Протокол оптимизирован для передачи простых сигналов управления (без задержек, что важно для устройств с быстрым откликом — выключателей, контроллеров яркости освещения и так далее). Относительно низкая частота (869 МГц в РФ) позволяет не тревожиться за перекрытие диапазона с сигналом Wi-Fi

Все поддерживающие Z-Wave устройства объединяются в так называемую mesh network, или ячеистую сеть. Пример такой ячеистой топологии:

В Z-Wave она состоит из:

  • контроллера с управляющим ПО;
  • компонентов с постоянным или батареечным питанием, выполняющих свои функции и передающих сигнал дальше;
  • ведомых устройств на батарейках или аккумуляторах, которые должны получить сигнал и отправить подтверждение.

Контроллер анализирует состояние сети и выбирает оптимальный маршрут передачи. В последних версиях протокола заявлена устойчивая отправка сигнала на расстояние до 100 метров в пределах прямой видимости.

Пример простой маршрутизируемой сети Z-Wave: контроллер передает сигнал удаленному устройству через находящееся ближе промежуточное оборудование. Такой принцип позволяет создавать гибкие и устойчивые сетевые инфраструктуры.

Все элементы сети делятся на три типа:

  1. Контроллер. У него есть сведения об окружении, он обладает полным доступом к таблице маршрутизации и может связываться со всеми компонентами сети при наличии маршрута до них. На картинке ниже популярный сервер VeraEdge с комплектом реле.
  2. Ведомый. Ему известно ближайшее окружение, он не имеет доступа к таблице маршрутизации и может только давать ответы приславшему сигнал устройству. Это может быть, к примеру, управляемое через Z-Wave реле.
  3. Ведомый маршрутизатор. Ему известно ближайшее окружение, предоставлен частичный доступ к таблице, он может отвечать на входящие сигналы и перенаправлять таковые дальше по доступным ему из таблицы маршрутам.

В качестве ведомых обычно выступают фиксированные конечные устройства — переключатели, реле и контроллеры, выполняющие команду и отдающие статус ее исполнения. Маршрутизаторами нередко работают функционирующие на постоянном питании (но встречаются также и варианты на батарейках) элементы — датчики, термостаты и прочие.

Термостат Fibaro:

Различия

Несмотря на то, что между ними много общего, Z-Wave Plus является явным улучшением по сравнению с его предшественником.

Расширенные возможности включают в себя:

  • Увеличенный радиус действия — устройства могут обмениваться данными на расстоянии до 150 м при условии отсутствия значительных помех.
  • Время работы от батареи — повышение срока службы батареи на 50% позволяет устройствам работать дольше.
  • Ширина полосы пропускания — на 250% больше, что означает, что ваша сеть может обрабатывать огромные объемы данных и продолжать работать с максимальной эффективностью.
  • F Каналы — три включенных «F каналов» улучшают подключение устройства, сводя к минимуму помехи и увеличивая полосу пропускания.
  • Plug-n-Play — новые устройства можно добавлять еще проще, чем когда-либо, благодаря удобному plug-n-рlay, который автоматически подключает новые устройства к вашей сети.
  • Улучшенная самоизоляция — Z-Wave Plus позволяет продолжать работу, когда что-то идет не так, самостоятельно принимать меры для решения проблемы и быть более устойчивым к сбоям, используя функцию «Explorer Frame».
  • Стандартизированные обновления — независимо от Z-Wave Plus, все они используют стандартный метод для беспроводного обновления микропрограммы.
  • Улучшенный сбор информации о продукции — Z-Wave Plus позволяет легче собирать информацию о новых продуктах для базы данных сертификации.
  • Совместимость Z-Wave Plus обратно совместим с Z-Wave, но есть несколько моментов, которые следует иметь в виду.

Это может повлиять как на диапазон ваших устройств, так и на контроллер. Если вы включите обычные устройства Z-Wave в сеть Z-Wave, вы не сможете воспользоваться преимуществами расширенного ассортимента контроллеров «Plus». Кроме того, если у вас Z-Wave, а не Z-Wave Plus, ни одно из устройств в вашей сети не может воспользоваться преимуществами функций Plus.

Короче говоря, убедитесь, что у вас присутствует контроллер Z-Wave Plus, если вы покупаете продукты Plus, и обычное Z-Wave также можно использоваться в сети Plus, хотя и без некоторой функциональности.

Диммер для контроля света

Диммер нужен для управления уровнем освещенности. Как и в других компонентах системы, чувствительность параметров можно настраивать. Следует отметить и то, что это устройство может использовать для контроля энергопотребления. Например, когда вас нет дома, но нужно создать такую видимость, можно установить интенсивность освещенности и период работы.

Новинка от Fibaro — Dimmer 2

Как правило, производитель предоставляет все необходимые инструкции для каждого компонента. Если по какой-то причине их не оказалось, можно скачать их в Сети. Там же можно найти дополнительные коды для расширения функционала протокола. Вмонтировать все устройства самостоятельно не составить сложности для тех, кто знает основы электричества.

https://www.youtube.com/watch?v=6VTFmVmrRB4

Сегодня работа «умного дома» по протоколу Z Wave Plus — это наиболее простое решение для тех, кто хочет сэкономить свои средства, но при этом получить максимум функционала. Практически все компоненты умного дома в Z Wave Plus могут работать от аккумулятора. Также нужно отметить, что работать система Fibaro может не только на ПК, но и на микросистемах. Если подобная установка вам непонятна даже с инструкцией, можно воспользоваться дополнительной литературой — книги, форумы и тематические блоги дают исчерпывающую информацию по основам разработки таких систем.

Умный дом с Z-Wave

На базе Raspberry Pi

Сердце «умного дома» — контроллер. Энтузиасты могут собрать и настроить его на популярной платформе Raspberry Pi: в продаже есть плата расширения RaZberry от российской Z-Wave.me. Она устанавливается в стандартную GPIO колодку и обеспечивает весь функционал системы. За программную часть отвечает установленное из репозиториев z-wave.me серверное ПО Z-Way.

После инсталляции платы «малинку» следует перезагрузить и поставить сервер. Минимальная установка:

В таком случае разворачивается только серверная часть без удаленного доступа.

На storage.z-wave.me также доступны сборки ОС с предустановленным Z-Way. Разворачиваются они стандартным образом на SD-карту.

Можно просто запустить установочный скрипт:

После установки станет доступен интерфейс Z-Way Server, откуда можно будет приступать к подключению устройств и конфигурированию.

Готовый контроллер

На рынке присутствуют готовые программно-аппаратные решения, не требующие манипуляций с установкой ПО. Таков, например, Fibaro Home Center 2, совместимый с Z-Wave устройствами. Это мощный хаб для «умного дома» на центральном процессоре Intel Atom, предоставляющий простой и удобный пользовательский интерфейс настроек системы.

Внешний вид:

Пример интерфейса:

Компания Fibaro также производит большой ассортимент совместимой с Z-Wave периферии.

Этот управляющий сетью Z-Wave контроллер отличается встроенным аккумулятором, обеспечивающим до 2 часов автономной работы.

Устройства

Все производители работающей по данному протоколу техники объединены в глобальный консорциум Z-Wave Alliance. На сегодня в нем насчитывается более 300 членов. Среди них такие гиганты, как упомянутые Silicon Labs и Fibaro, Bosch и другие. Неполный список участников:

Велико и число предлагаемых аксессуаров — реле, переключателей, контроллеров и USB стиков для подсоединения различных устройств к сети «умного дома».

Интересно, что существуют проекты интеграции аппаратуры Z-Wave со сторонними сервисами, например, с Яндекс.Станцией и голосовым помощником «Алиса».

Помимо контроллеров, поддерживаемое Z-Wave оборудование можно разделить на следующие группы:

  • вставляемые в розетку или заменяющие обычные переключатели;
  • электрические диммеры, подключаемые розеточные модули, реле;
  • устройства контроля электродвигателей (жалюзи и так далее);
  • измерители сигнала;
  • разнообразные датчики;
  • термостаты;
  • пульты ДУ;
  • IP-шлюзы и USB контроллеры.

Построенный с их помощью на протоколе Z-Wave умный дом будет многофункциональным и удобным.

Что такое Z-Wave

Именем Z-Wave обозначается применяемый в домашней автоматизации популярный протокол передачи данных по радиоканалу. Его отличительная особенность — полная стандартизация; это значит, что протокол охватывает все уровни модели OSI. Таким образом достигается полная совместимость устройств в гетерогенных сетях. Производитель оборудования значения не имеет: если оно поддерживает протокол, значит, совместимо с прочими устройствами сети.

История Z-Wave началась в 1999 году в Копенгагене, когда компания Zensys представила потребительскую версию удобной системы управления. Со временем она доросла до закрытой SoC-технологии контроллера домашней автоматизации, работающего на не лицензируемой частоте до 1 ГГц.

Краткая история версий аппаратной платформы:

  • серия 100 — 2003 г.;
  • чип серии 200 — 2005 г. Он предлагал улучшенную производительность при сниженной цене;
  • серия 500 — 2013 г. Он вышел на рынок как Z-Wave Plus и имел в четыре раза больше памяти, увеличенную дальность действия и продленную работу от батарей;
  • поколение 700 чипов вышло в 2018 году и характеризуется еще более увеличенной дальностью (до 100 м), низким энергопотреблением и до 10 заявленных лет работы конечных устройств от батарей, высокой производительностью и обратной совместимостью с предыдущими версиями. Поколение базируется на 32-битном процессоре ARM Cortex-M.

Протокол закрытый, и до 2018 года он принадлежал компании Sigma Designs, которая лицензировала каждое выпускаемое Z-Wave устройство. В 2018 компания была приобретена фирмой Silicon Labs, являющейся теперь основным вендором чипов. SiLabs таким образом включила в свой арсенал еще одну беспроводную технологию к уже имеющимся.

Возможности Z-Wave:

  • управление светом через диммеры или реле;
  • контроль штор, ворот, рольставень, жалюзи и прочих устройств с моторами от 10 до 230 В;
  • установка розеточных модулей или встраиваемых реле для активации/отключения нагрузок в диапазоне до 3.5 кВт;
  • управление отопительными системами (например, теплыми полами, электрорадиаторами и котлами);
  • обнаружение заданных событий по реакции датчиков (движение, открытие/закрытие дверей и окон, протечки воды и так далее), мониторинг состояния среды (по сенсорам освещенности, влажности, температуры);
  • получение данных с различных счетчиков;
  • управление кондиционерами;
  • контроль домашней мультимедиа-системы;
  • взаимодействие с любым ПО через контроллер и API;
  • дистанционное управление устройствами сети c ПК или телефона, пульта ДУ.

Протокол разработан прежде всего для небольших жилых домов и квартир и рассчитан на сеть в 5–100 компонентов. Его можно отнести к формату «сделай сам»: пользователь может не искать готовые решения, а выбрать нужные элементы системы и настроить их под свои требования.

Датчики для тестирования

Устройство Фото Описание
FIBARO Dimmer 2 Диммер — регулирует уровень яркости освещения, поддерживает лампы: светодиодные диммируемые, галогенные и накаливания общей мощность до 250 Вт.
Z-Wave.Me Dual Paddle WC Выключатель с двумя клавишами.  Позволяет управлять не только освещением, но и замками, кондиционером, жалюзи и любыми другими Z-Wave устройствами, а также запускать различные для каждой клавиши сценарии. Работает от батарейки CR2032.
Aeotec Multisensor 6-in-1 Многофункциональный датчик движения, детектирует:
  1. Движения
  2. Температуру
  3. Влажность
  4. Освещенность
  5. Ультрафиолет
  6. Вибрацию
Danfoss Living Connect Термоголовка на отопительную батарею. Температуру можно задать с помощью кнопок, с телефона и из сценариев на контроллере.
Remotec ZXT-120 Устройство управления кондиционером. Содержит в себе огромную база кодов кондиционеров разных производителей. Получает команды по Z-Wave и отправляет кондиционеру по ИК. Предусмотрено питание от Mini-USB или от 3-х батареек ААА. Для скрытого монтажа к Remotec ZXT-120 можно подключить провод удлинитель с ИК светодиодом на конце.  
FIBARO Door/Window Sensor Герконовый датчик открытия окна/двери. Используется в сценария включения освещения, управления климатом и охранных функциях. Cостоит из двух частей: магнита и основной части с герконом и Z-Wave чипом. При каждом соединении/удалении магнита с герконом отправляется радио команда.
FIBARO RGBW RGBW модуль для управления цветной светодиодной лентой или 4-мя одноцветными лентами. Поддерживаются ленты 12 и 24 В с общей мощность до 12 А.

Выводы

Z-Wave — интересная и перспективная технология «умного дома», с постоянно растущим сообществом и обилием поддерживаемых устройств. На этом протоколе можно создавать обширные, гибкие, легко конфигурируемые и изменяемые системы. Кроме того, нет нужды проектировать «умный дом» раз и навсегда, сразу приобретая все компоненты: необходимое докупается и ставится по мере востребованности, что позволяет сэкономить. А энтузиасты могут собрать экосистему «с нуля», не прибегая к готовым серверам вроде Fibaro HomeCenter, и подключить ее через плагины к другим хабам.

Но есть и определенные недостатки:

  • низкая скорость передачи данных, исключающая трансляцию мультимедиа;
  • пользователи нередко отмечают нестабильность сигнала, особенно в помещениях со сложными конфигурациями;
  • иногда встречается отсутствие контроллером поддержки того или иного устройства, но эта проблема решается выпуском новых прошивок.
Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий