Блог компании Kauri
Беспроводные технологии
Компьютерное железо
Умный дом
Интернет вещей
22 октября

Как мы выбирали компонентную базу для умного дома: о датчиках и контроллере

Kauri разрабатывает оборудование для IoT-решений и пишет под него софт. Недавно мы успешно протестировали работу сети Zigbee при помощи отладочной платы и датчиков, поэтому составили небольшой гид.

Поговорим о критериях для выбора, производителях, ценах, немного поругаем российский рынок.

image

Мы составили для себя следующий список интересных нам датчиков, которые отвечают за индикацию:

  1. Протечек
  2. Задымления
  3. Проникновения (магнитоконтактный)
  4. Движения на объекте
  5. Разбитие стёкол

А также датчики, измеряющие:

  1. Температуру
  2. Расход газа/воды
  3. Потребляемые мощности
  4. Влажность

Из них мы закупили датчики движения/уровня освещенности, вторжения, протечки и температуры/влажности (исходя из решений под умный дом — предотвращение кражи, возгораний, затопления).

Как мы выбирали производителя?


Самый простой критерий для выбора — стоимость датчика и его доступность в России. Датчик сам по себе — простое устройство, разные компании выдают примерно одинаковое качество, поэтому мы отталкивались от цены на продукт — чем дешевле, тем лучше. Ведь в конечном итоге за все будет платить клиент, а на большой дом может уйти сотни датчиков. Если за каждый платить по 1000 рублей и больше, выйдет недешево.

image

Еще один важный критерий — потребление энергии (наши датчики, например, работают от батарейки). Некоторые приборы ставят в труднодоступных местах, постоянная замена элементов питания может стать неприятной проблемой. Мы смотрели датчики, поддерживающую технологию ZigBee, которая является наиболее энергоэффективным стандартом связи. Так, наши датчики могут находиться в спящем режиме, потребляя минимальное количество энергии, и переходить в режим приема-передачи только по необходимости.

А еще ZigBee хоть и обладает невысокой скоростью передачи, но считается вполне надежной, способной самовосстанавливаться сетью, которая легко развертывается и эксплуатируется.

Кто эти датчики делает?


Фирм много, мы просто посмотрели список. Лидером выступает Xiaomi — у них дешевый продукт, большой выбор, можно хоть на Aliexpress заказать. Все-таки датчики должны быть легкодоступными и популярными.

Сами по себе датчики бесполезны, их надо подключать к сети. Поэтому дальше надо решить, какую элементную базу и зигбишный SoC выбрать для того, чтобы протестировать этот стандарт связи.

Мы выбирали между кристаллами Texas Instruments и Silicon Labs. Дальше стали смотреть, как обстоят дела с поддержкой этих микропроцессоров в России. Когда вы начнете разбираться с их работой, могут возникнуть технические вопросы: здесь поможет подробная документация производителя.
image
Также есть некоторые компоненты, которые в России тяжело покупаются — нет прямых дистрибьюторов. А это важно: надо иметь возможность заключить партнерское соглашение: вы выбрали кристалл и договорились о том, что будете закупать партию ежемесячно. Соответственно, для вас сделают специальное предложение по ценам и тд. Кстати, некоторые производители могут «подарить» тестовые образцы при регистрации проекта.

Мы в итоге обратились к дистрибьюторам Silicon Labs, с ними можно заключить договор, цены адекватные, есть поддержка не только аппаратная, но и программная (всевозможные специализированные библиотеки, DLL — все это облегчает жизнь разработчикам).

Далее нам нужна электронная плата, чтобы работать с микросхемой. Это процесс долгий. И для того, чтобы программисты сразу могли приступить к работе, Silicon Labs предоставляет, в частности, отладочные платы (полный пакет для разработчиков), драйвера.

О контроллере


image

Данные о работе датчиков собирает контроллер и отправляет на сервер для дальнейшей обработки. Мы сделали собственный модульный Kauri-контроллер, чтобы он мог работать с максимально возможным количеством современных стандартов связей, необходимых для разных отраслей. От логистики, где преимущественно используется LoRa, до ритейла, где нужна технология RFID.

Нам также важно, чтобы контроллер работал автономно. И, даже если возникнут проблемы с сетью, дом должен оставаться “умным” и безопасным. Контроллеры Xiaomi, например, не предоставляют такого решения. Они передают всю информацию на сервера в Китай (кстати, туда же может прилетать информация о местоположении жилья).

Kauri-контроллер управляет всеми устройствами в локальной сети ZigBee при помощи скриптов на Python. Поэтому, в случае возникновения проблем с интернетом, система продолжит исправно выполнять свои задачи.

Саму “коробочку” для контроллера — корпус — делают множество фирм. При ее выборе лучше отталкиваться от сферы эксплуатации — улица, дом. Если контроллер будет стоять на улице, выбираем IP не меньше 65 (чтобы выдержал дожди). Контроллер для помещений (дом, завод, склад) выбираем с IP40. Если нам нужно герметичное устройство (чтобы работало под водой) — выбираем IP66.

При выборе корпуса для помещения стоит обратить внимание на его внешний вид, он должен эстетично смотреться в доме. Для контроллера используем процессор семейства iMX 8M, Cortex A53.

О безопасности


image

Мы взяли отладочную плату, датчик, и программист отстроил Zigbee сеть. Далее проверили, появились ли датчики в сети и нормально ли они реагировали. И вот тут мы задумались о безопасности. Сама сеть ZigBee предусматривает криптографическую защиту данных.

Отладочная плата является координатором Zigbee сети. Сеть может быть относительно открытой (происходит обмен ключами безопасности в момент подключения нового датчика) и закрытой (обмена ключами не происходит, то есть в сам датчик вшит нужный ключ безопасности).

Недостаток открытой сети в том, что если кто-то в момент подключения сможет перехватить ключ, то дальше расшифровать всю передаваемую информацию не составить труда. А это особенно опасно, если речь идет о работе завода, например.

В нашем случае настройки будут задаваться на уровне конфигурации сети, это значит, что клиент сам будет выбирать способ подключения датчиков и тип безопасности.

О российской и зарубежной индустрии


Мы использовали элементную базу иностранного производства. В России, к сожалению, подходящих компонентов не делают. Вся технология ZigBee, микропроцессоры, матрицы — все это принадлежит американцам.

В России микроэлектроника практически не развита, даже резисторы не делают. В основном отечественные компоненты производят для космической отрасли, и все это стоит безумных денег. И в любом случае это не подходит для наших решений.

Где заказали и сколько стоило?


Это была обычная закупка для физического лица (без договоров) в розницу в обычном интернет-магазине. По стоимости вышло так:

  • Один датчик движения стоил 989 рублей
  • Датчик открытия окна и окон — 989 рублей
  • Утечки воды — 929 рублей
  • Температура влажность — 700 рублей

Но мы закупали это для себя в офис, чтобы потестить. На том же Aliexpress эти датчики можно купить в два раза дешевле.

+5
6,6k 60
Комментарии 16