PetaJoule: WHIP: Když vám běžný smart home nestačí
Zdravím,
chci vám představit projekt, na kterém pracuji už několik let - WHIP
(Witty House Infrastructure Processor).
Nikdy jsem neplánoval psát vlastní smart home systém. "Not Invented
Here" syndrom a znovuvynalézání kola jsou věci, kterým se snažím
vyhýbat. Když existuje funkční řešení, použiju ho.
Jenže když jsem v roce 2019 začal řešit automatizaci pro novostavbu,
žádné jsem nenašel. FHEM, MySensors, HomeAssistant, Loxone, KNX... COVID lockdown 2020 mi dal dost
času na opravdu důkladné testování. Výsledek? Všechno bylo daleko pod
mými požadavky - buď architektonicky, nebo z hlediska spolehlivosti,
nebo obojí. Většinou obojí.
Teprve když jsem vyčerpal všechny rozumné alternativy, došel jsem k
závěru: pokud chci systém, kterému můžu věřit na příštích 50 let (nebo
dokud mi doběhne trvanlivost), musím si ho napsat sám. Ne proto, že
bych chtěl - ale proto, že nic vhodného neexistovalo.
Co to je?
WHIP je třívrstvá architektura pro řízení chalupy/domu/residence/hradu/letiště/...:
Nodes - STM32 mikrokontroléry s FreeRTOS, propojené 1Mbit CAN sběrnicí. Starají se o senzory, relé, měření, lokální automatiku.
Hub - Raspberry Pi jako agregátor a gateway. Překládá CAN na IP, běží na něm Modbus, DALI, integrace s externími systémy.
Server - Linux server pro vyšší logiku, vizualizaci, napojení na cloud služby (volitelně).
Klíčový princip: vyšší inteligence je vždy doplněk, nikdy
podmínka. Když vypadne server, hub funguje dál. Když vypadne hub,
nodes běží autonomně. Žádná cloud závislost.
Co to umí dnes?
Energetický management - kompletní integrace Victron systému (3f Multiplus-II 10kVA + MultiRS záloha, dost MPPT trackerů, 120 kWh baterií). Dům je kompletně off-grid - žádná přípojka, žádné tarify. Benzínová elektrocentrála pro nouzi, V2L z elektromobilu jako koncept.
Tepelné čerpadlo - monitoring a řízení MasterTherm přes Modbus
Osvětlení - DALI řízení přes ATX LED HAT na RasPi
Modbus - plná implementace TCP i RTU (17 z 21 function codes, 869 testů, 91% pokrytí)
cca. 116 modulů senzorů/aktorů - od BME280 přes PCF857x expandéry až po AS3935
30+ externích integrací - Victron VRM, PVGIS, Discord, Nextcloud, Proxmox, UniFi...
Proč CAN bus a ne WiFi/Zigbee?
Drátová sběrnice. Žádné interference, žádné vybité baterie v
senzorech, žádné "mesh se rozpadl". CAN je průmyslový standard -
stejná technologie, co řídí komponenty vášeho auta. 1Mbit rychlost,
diferenciální signál, 40m dosah na segment, až 60 nodů na hub.
Ano, znamená to kabeláž. Ale stavím dům na 50+ let, ne na 5.
Proč CAN bus a ne jiné drátovačky?
RS485/Modbus: Fyzická vrstva bez arbitrace. Dva nody vysílají
současně = kolize = garbage. Proto Modbus funguje jen jako
master-slave (master se ptá, slave odpovídá). Žádná peer-to-peer
komunikace mezi nody. (WHIP Hub má plnou Modbus implementaci - pro
integraci zařízení třetích stran nezbytné.)
KNX (dříve EIB): Má arbitraci podobnou CANu, je
multi-master. Ale 9600 baudů - návrh z 90. let. Plus drahé
certifikované komponenty a uzavřený ekosystém.
LIN: Jednodráťová automotive sběrnice, master-slave only, max
20 kbaud. Pro okna a zrcátka v autě OK, pro smart home pomalé a
omezené.
1-Wire: Pomalé, omezená topologie. Výborné pro teplotní senzory
DS18x20 a.j., ale ne jako hlavní sběrnice. (WHIP ho podporuje jako modul -
proč ne, když to funguje.)
CAN má hardwarovou arbitraci (CSMA/CR) - když dva nody vysílají
současně, nižší ID vyhraje, druhý automaticky ustoupí, žádná ztráta
dat. True multi-master, 1 Mbit, diferenciální signál. Průmyslový
standard s dostupnými čipy.
Pro koho to je?
Buďme upřímní - tohle není pro každého. Pokud chcete
plug-and-play, HomeAssistant nebo Loxone vám poslouží líp.
Aktuální stav
Projekt je navržen pro dvě vily - Villa-A (CZ) a Villa-B (DE) s
podobnou koncepcí (ale jinou konfigurací a komponenty) - což vynutilo
generické řešení, ne jednorázový hack.
Systém běží v reálném nasazení - Villa-A v Praze má kompletní
energetický management, monitoring TČ, distribuovanou síť nodů v
rozvaděčích. Není to prototyp na stole, je to funkční instalace.
WHIP je pro ty, kdo:
Staví nebo zásadně rekonstruují
Preferují drátovou spolehlivost před bezdrátovým komfortem
Jsou technicky zdatní (nebo mají někoho, kdo je)
Chtějí plnou kontrolu bez vendor lock-in
Dostupnost
Abych to řekl rovnou: WHIP momentálně není na prodej a není open
source. Tato série je o sdílení technických informací pro ty, které to
zajímá. A hlavně znám své My-Pappenheim-powerské. Takže vím, že ten
system nikdo nezkritizuje - pardon: podá zpětnou vazbu - tak dobře
jako zde. ;-) Možná bych ale požádal, abyste mě tady nechali štěbetat a diskuzi
o či dotazy k systému řešili v jiném vláknu?
Nicméně - pokud máte v šuplíku STM32 Blue Pill nebo Nucleo a chtěli
byste si firmware vyzkoušet, binárku a nějaké skripta vám můžu dát. A
pokud plánujete stavět Vilu-C, D, E... možnost získat WHIP je na
stole.
Kde najdete víc?
No, samozřejmě tady.
Na webu divis.petajoule.eu (chytrá domácnost)
jsou přehledové články spíš pro "širší" publikum.
Tato série na fóru může být techničtější - v dalších dílech se
podíváme na CAN bus v praxi, návrh nodů, integraci Victronu,
zkušenosti s Modbus, a další.